JPWO2015011784A1 - 内燃機関の制御装置、作業機械及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、内燃機関の回転速度が同一である場合において内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ内燃機関の出力が一定となるように定められた第１等スロットル線ＥＬ１と、内燃機関の回転速度が同一である場合において内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、内燃機関のトルクＴ及び回転速度ｎが０を起点として、内燃機関の回転速度ｎの増加にしたがって、内燃機関のトルクＴが低下するように定められた第２等スロットル線ＥＬ２と、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とから得られる第３等スロットル線ＥＬ３とを用いる。

Description

本発明は、油圧ショベル、ブルドーザ、ダンプトラック及びホイールローダ等の建設機械を含む作業機械が備える内燃機関を制御する技術に関する。

作業機械は、走行のための動力又は作業機を動作のための動力を発生する動力発生源として、例えば、内燃機関を備える。内燃機関としては、例えば、ディーゼルエンジン（以下、適宜エンジンという）が用いられる。作業機械のエンジンを制御する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているような技術が知られている。

特開２０１１−１１１３８７号公報

エンジンを制御する際の汎用性を向上させるため、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）による指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンの制御装置に与えて制御したい要請がある。特許文献１に記載された技術は、等馬力曲線を用いてエンジンを制御するため、このような要請に対応することはできず、改善の余地がある。

本発明は、作業機械に搭載されるエンジンを制御するにあたって、燃料調整ダイヤルによる指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンの制御装置に与えてエンジンを制御できるようにすることを目的とする。

本発明は、作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、前記第１の関係と前記第２の関係とから得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置である。

前記内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係と、に一致する前記第３の関係を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

前記内燃機関の制御装置は、前記第３の関係と前記第５の関係とが一致するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

前記内燃機関の制御装置は、さらに、前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第６の関係を用いて、前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を制御することが好ましい。

前記第６の関係は、前記回転速度の増加とともに、前記トルクが小さくなる関係であることが好ましい。

前記第１の関係は、前記内燃機関が実際に出力できる上限値よりも大きい出力となるように定められることが好ましい。

本発明は、内燃機関と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、前記第１の関係と前記第２の関係とから得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関の制御装置と、を含み、前記制御装置は、前記内燃機関の出力の指令値に対応する出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係と、に一致する前記第３の関係を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御し、さらに、前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第６の関係を用いて、前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を制御する、作業機械である。

前記内燃機関と、前記内燃機関によって駆動される発電電動機と、電力を蓄える蓄電装置と、前記発電電動機が発電した電力又は前記蓄電装置から放電される電力が供給されて駆動する電動機と、を含むことが好ましい。

本発明は、作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、前記作業機械の運転状態を検出し、検出した前記運転状態を基に、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、前記第１の関係と前記第２の関係とから得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御方法である。

前記内燃機関の運転状態を制御する場合、前記内燃機関の出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係とに一致する前記第３の関係を、前記第４の関係に対応する出力を前記内燃機関に発生させるために用いることが好ましい。

前記内燃機関の運転状態を制御する場合、前記第３の関係と前記第５の関係とが一致するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

本発明は、作業機械に搭載されるエンジンを制御するにあたって、燃料調整ダイヤルによる指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンの制御装置に与えてエンジンを制御できるようにすることができる。

図１は、本実施形態に係る油圧ショベルを示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの駆動システムを示す概略図である。 図３は、本実施形態に係るエンジンの制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。 図４は、マッチングルートを説明するための図である。 図５は、エンジンの制御フローを示す図である。 図６は、無負荷最大回転速度演算ブロックを示す図である。 図７は、エンジン最小出力演算ブロックの制御フローを示す図である。 図８は、エンジン最大出力演算ブロックの制御フローを示す図である。 図９は、エンジン目標出力演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１０は、マッチング最小回転速度演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１１は、目標マッチング回転速度演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１２は、エンジン回転速度指令値演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１３は、ポンプ吸収トルク指令値演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１４は、トルク線図の一例を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１を示すブロック図である。以下において、作業機械として油圧ショベル１を例として説明する。本実施形態において、作業機械は、動力発生源として内燃機関を備えていればよく、油圧ショベル１に限定されるものではない。

＜油圧ショベル１＞
この油圧ショベル１は、車両本体２と作業機３とを備えている。車両本体２は、下部走行体４と上部旋回体５とを有する。下部走行体４は、一対の走行装置４ａ、４ａを有する。各走行装置４ａ、４ａは、それぞれ履帯４ｂ、４ｂを有する。各走行装置４ａ、４ａは、走行モータ２１を有する。図１に示す走行モータ２１は、左側の履帯４ｂを駆動する。図１には記載されていないが、油圧ショベル１は、右側の履帯４ｂを駆動する走行モータも有している。左側の履帯４ｂを駆動する走行モータを左走行モータ、右側の履帯４ｂを駆動する走行モータを右走行モータという。右走行モータと左走行モータとは、それぞれ履帯４ｂ、４ｂを駆動することによって、油圧ショベル１を走行又は旋回させる。

上部旋回体５は、下部走行体４上に旋回可能に設けられている。油圧ショベル１は、上部旋回体５を旋回させるための旋回モータによって旋回する。旋回モータは、作動油の圧力（油圧）を回転力に変換する油圧モータであってもよいし、電力を回転力に変換する電動モータであっても、油圧モータと電動モータとの組合せであってもよい。本実施形態において、旋回モータは電動モータである。

上部旋回体５は、運転室６を備える。さらに、上部旋回体５は、燃料タンク７と作動油タンク８とエンジン室９とカウンタウェイト１０とを有する。燃料タンク７は、エンジンを駆動するための燃料を貯める。作動油タンク８は、油圧ポンプからブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６の油圧シリンダ、走行モータ２１及び旋回モータ等の油圧機器へ吐出される作動油を貯める。エンジン室９は、エンジン及び油圧ポンプ等の機器を収納する。カウンタウェイト１０は、エンジン室９の後方に配置される。

作業機３は、上部旋回体５の前部中央位置に取り付けられる。作業機３は、ブーム１１、アーム１２、バケット１３、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６を有する。ブーム１１の基端部は、上部旋回体５に対してピン結合される。このような構造により、ブーム１１は、上部旋回体５に対して回動する。

ブーム１１は、アーム１２とピン結合される。具体的には、ブーム１１の先端部とアーム１２の基端部とがピン結合される。アーム１２の先端部とバケット１３とは、ピン結合される。このような構造により、アーム１２はブーム１１に対して回動する。また、バケット１３は、アーム１２に対して回動する。

ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６は、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動する油圧シリンダである。ブームシリンダ１４は、ブーム１１を動作させる。アームシリンダ１５は、アーム１２を動作させる。バケットシリンダ１６は、バケット１３を動作させる。

（油圧ショベル１の駆動システム１ＰＳ）
図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１の駆動システムを示す概略図である。本実施形態において、油圧ショベル１は、エンジンと、このエンジンによって駆動されて発電する発電電動機と、電力を蓄える蓄電装置と、発電電動機１９が発電した電力又は蓄電装置から放電される電力が供給されて駆動する電動機とを組み合わせたハイブリッド方式の作業機械である。具体的には、油圧ショベル１は、上部旋回体５を電動機（以下、適宜旋回モータという）で旋回させる。

油圧ショベル１は、エンジン１７、油圧ポンプ１８、発電電動機機１９及び旋回モータ２４を有する。エンジン１７は、油圧ショベル１の動力発生源であり、内燃機関である。本実施形態において、エンジン１７はディーゼルエンジンである。発電電動機１９は、エンジン１７の出力シャフトに連結されている。このような構造により、発電電動機１９は、エンジン１７によって駆動されて電力を発生する。発電電動機１９は、例えば、ＳＲ（スイッチドリラクタンス）モータが用いられる。発電電動機１９は、本実施形態のように、エンジン１７の出力シャフトに直結されていてもよいし、エンジン１７の出力シャフトに接続された減速機等の伝達手段を介して駆動されてもよい。

油圧ポンプ１８は、油圧機器に作動油を供給する。本実施形態において、油圧ポンプ１８は、例えば、斜板式油圧ポンプのような可変容量型油圧ポンプが用いられる。油圧ポンプ１８の入力部１８Ｉは、発電電動機１９のロータに連結された動力伝達シャフト１９Ｓに連結されている。このような構造により、油圧ポンプ１８は、エンジン１７によって駆動される。

駆動システム１ＰＳは、旋回モータ２４を駆動させるための電動駆動システムとして、蓄電装置としてのキャパシタ２２及び制御装置としてのインバータ２３を備える。発電電動機１９が発電した電力又はキャパシタ２２から放電される電力が、電力ケーブルを介して旋回モータ２４に供給されて図１に示す上部旋回体５を旋回させる。すなわち、旋回モータ２４は、発電電動機１９から供給（発電）される電力又はキャパシタ２２から供給（放電）される電力で力行動作することで上部旋回体５を旋回させる。旋回モータ２４は、上部旋回体５が減速する際に回生動作することによって電力をキャパシタ２２に供給（充電）する。また、発電電動機１９は、自身が発電した電力をキャパシタ２２供給（充電）する。すなわち、キャパシタ２２は、発電電動機１９が発電した電力を蓄えることもできる。

キャパシタ２２は、例えば、電気二重層キャパシタが用いられる。キャパシタ２２に代えて、ニッケル水素バッテリ又はリチウムイオンバッテリが蓄電装置として用いられてもよい。旋回モータ２４には、回転センサ２５ｍが設けられている。回転センサ２５ｍは、旋回モータ２４の回転速度を検出する。回転センサ２５ｍは、検出した回転速度を電気信号に変換して、インバータ２３内に設けられたハイブリッドコントローラ２３ａに出力する。旋回モータ２４としては、例えば、埋め込み磁石同期電動機が用いられる。回転センサ２５ｍとして、例えば、レゾルバ又はロータリーエンコーダ等が用いられる。

本実施形態において、ハイブリッドコントローラ２３ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置及びメモリ（記憶装置）を備えたマイクロコンピュータである。ハイブリッドコントローラ２３ａは、発電電動機１９及び旋回モータ２４並びにキャパシタ２２及びインバータ２３に備えられた、サーミスタ又は熱電対等の温度センサによる検出値の信号を取得する。そして、ハイブリッドコントローラ２３ａは、取得した温度に基づいて、キャパシタ２２等の各機器の温度を管理するとともに、キャパシタ２２の充放電制御及び発電電動機１９による発電・エンジンのアシスト制御、旋回モータ２４の力行・回生制御を実行する。

駆動システム１ＰＳは、図１に示す車両本体２に設けられた運転室６内のオペレータ着座位置に対して左右の位置に設けられる作業機、走行の操作を行う操作レバー２６Ｒ、２６Ｌを備え、それぞれの操作に応じて作業機及び上部旋回体を駆動する。操作レバー２６Ｒ、２６Ｌの操作量に基づいてパイロット油圧が生成される。パイロット油圧は、後述するコントロールバルブに供給される。コントロールバルブは、パイロット圧力に応じ各作業機のスプールが駆動され、スプールの移動にともないブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６へ作動油を供給する。その結果、例えば、操作レバー２６Ｒの前後左右の操作に応じてブーム１１の上下動作、バケット１３の掘削・ダンプが行われる。また、例えば、操作レバー２６Ｌの前後操作により、アーム１２の掘削・ダンプ操作が行われる。また、操作レバー２６Ｒ、２６Ｌの操作量は、レバー操作量検出部２７によって電気信号に変換される。レバー操作量検出部２７は、圧力センサ２７Ｓを備える。圧力センサ２７Ｓは、操作レバー２６の操作に応じて発生するパイロット油圧を検知する。圧力センサ２７Ｓは、検知したパイロット油圧に対応した電圧を出力する。レバー操作量検出部２７は、圧力センサ２７Ｓが出力した電圧を操作量に換算することによって、レバー操作量を求める。

レバー操作量検出部２７は、レバー操作量を電気信号としてポンプコントローラ３３又はハイブリッドコントローラ２３へ出力する。操作レバー２６が電気式レバーである場合、レバー操作量検出部２７は、ポテンショメータ等の電気式の検出装置を備える。レバー操作量検出部２７は、レバー操作量に応じて電気式の検出装置が生成した電圧をレバー操作量に換算して、レバー操作量を求める。その結果、例えば、操作レバー２６Ｌの左右操作によって旋回モータ２４が駆動される。また図示しない左右の走行レバーにより、走行モータ２１が駆動される。

燃料調整ダイヤル（以下、適宜スロットルダイヤルという）２８及びモード切替部２９は、図１に示す運転室６内に設けられる。スロットルダイヤル２８は、エンジン１７への燃料供給量を設定する。スロットルダイヤル２８の設定値（指令値）は、電気信号に変換されてエンジンの制御装置（以下、適宜エンジンコントローラという）３０に出力される。

エンジンコントローラ３０は、エンジン１７から出力された、図示しない各センサからエンジン１７の回転速度及び水温等のセンサの出力値を取得する。そして、エンジンコントローラ３０は、取得したセンサの出力値からエンジン１７の状態を把握し、エンジン１７に対する燃料の噴射量を調整することで、エンジン１７の出力を制御する。また、エンジンコントローラ３０は、エンジン１７の後処理装置として設置される、図示しない粒子状物質除去装置及び脱硝装置の温度及び圧力等の状態を観察する。そして、エンジンコントローラ３０は、粒子状物質除去装置及び脱硝装置の管理のために、エンジン１７に対して燃料を噴射させるための指令を出力する。本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、ＣＰＵ等の演算装置及びメモリ（記憶装置）を備える。

エンジンコントローラ３０は、スロットルダイヤル２８の設定値に基づいて、制御指令の信号を生成する。エンジンコントローラ３０は、生成した制御信号をコモンレール制御部３２に送信する。この制御信号を受信したコモンレール制御部３２は、エンジン１７に対する燃料噴射量を調整する。すなわち、エンジン１７は、コモンレール式による電子制御が可能なエンジンである。エンジンコントローラ３０は、コモンレール制御部３２を介してエンジン１７への燃料噴射量を適切に制御することで、目標の出力をエンジン１７に発生させることができる。また、エンジンコントローラ３０は、ある瞬間のエンジン回転速度において出力可能なトルクを自由に設定することもできる。

モード切替部２９は、油圧ショベル１の作業モードをパワーモード又はエコノミーモードに設定する部分である。モード切替部２９は、例えば、運転室６中に設けられる操作ボタン、スイッチ又はタッチパネルを備えている。油圧ショベル１のオペレータは、モード切替部２９が備える操作ボタン等を操作することで、油圧ショベル１の作業モードを切り替えることができる。

油圧ショベル１の作業モードとしては、例えば、パワーモード及びエコノミーモードがある。本実施形態において、パワーモードとは、油圧ショベル１が大きな作業量を維持しながら燃費を抑えたエンジン制御及びポンプ制御を行う作業モードである。エコノミーモードとは、パワーモードよりもさらに燃費を抑えつつ軽負荷作業で作業機３の動作速度を確保するようにエンジン制御及びポンプ制御を行う作業モードである。モード切替部２９によって作業モードが設定されると、設定された作業モードに対応した電気信号がエンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３に出力される。

ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を制御する。本実施形態において、ポンプコントローラ３３は、ＣＰＵ等の演算装置及びメモリ（記憶装置）を備えたマイクロコンピュータである。ポンプコントローラ３３は、エンジンコントローラ３０、モード切替部２９及びレバー操作量検出部２７から送信された信号を受信する。そして、ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を調整するための制御指令の信号を生成する。ポンプコントローラ３３は、生成した制御信号を用いて油圧ポンプ１８の斜板角を変更することにより、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を変更する。

ポンプコントローラ３３には、油圧ポンプ１８の斜板角を検出する斜板角センサ１８ａからの信号が入力される。斜板角センサ１８ａが斜板角を検出することで、ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８のポンプ容量を演算することができる。コントロールバルブ２０内には、油圧ポンプ１８の吐出圧力（以下、適宜ポンプ吐出圧力という）を検出するためのポンプ圧検出部２０ａが設けられている。検出されたポンプ吐出圧力は、電気信号に変換されてポンプコントローラ３３に入力される。

エンジンコントローラ３０とポンプコントローラ３３とハイブリッドコントローラ２３ａとは、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）のような車内ＬＡＮ（Local Area Network）で接続されている。このような構造により、エンジンコントローラ３０とポンプコントローラ３３とハイブリッドコントローラ２３ａとは、相互に情報の授受を行うことができる。

本実施形態において、少なくともエンジンコントローラ３０がエンジン１７の運転状態を制御する。この場合、エンジンコントローラ３０は、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３ａのうち少なくとも一方が生成した情報も用いてエンジン１７の運転状態を制御する。このように、本実施形態においては、エンジンコントローラ３０、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３ａのうち少なくとも１つが、内燃機関の制御装置として機能する。すなわち、これらのうち少なくとも１つが本実施形態に係る内燃機関の制御方法を実現して、エンジン１７の運転状態を制御する。以下において、エンジンコントローラ３０、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３ａを区別しない場合、これらを機関制御装置ということもある。

エンジン１７は、回転速度検出センサ１７Ｃを備えている。回転速度検出センサ１７Ｃは、エンジン１７の出力シャフト１７Ｓの回転速度、すなわち、出力シャフト１７Ｓの単位時間あたりの回転数を検出する。エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３は、回転速度検出センサ１７Ｃが検出したエンジン１７の回転速度を取得し、エンジン１７の運転状態の制御に用いる。本実施形態において、回転速度検出センサ１７Ｃは、エンジン１７の回転数を検出し、エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３が回転数を回転速度に変換するものであってもよい。次に、本実施形態に係るエンジン１７の制御について説明する。

＜エンジン１７の制御について＞
図３は、本実施形態に係るエンジン１７の制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。トルク線図は、エンジン１７の出力シャフト１７ＳのトルクＴ（Ｎ×ｍ）と、出力シャフト１７Ｓの回転速度ｎ（ｒｐｍ：ｒｅｖ／ｍｉｎ）との関係を示している。図３には、等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆと、等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆと、制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬと、エンジン１７の最大トルク線ＴＬと、ポンプ吸収トルク線ＰＬと、マッチングルートＭＬとが示されている。

等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、燃料調整ダイヤル、すなわち、スロットルダイヤル２８の設定値（スロットル開度）が等しい場合のトルクＴと回転速度ｎとの関係を示している。スロットルダイヤル２８の設定値とは、コモンレール制御部３２がエンジン１７に噴射する燃料の噴射量を規定するための指令値である。

本実施形態において、スロットルダイヤル２８の設定値は、エンジン１７に対する燃料噴射量が０の場合を０％、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大となる場合を１００％とした百分率によって表される。本実施形態において、機関制御装置がエンジン１７の運転状態を制御するときには、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大となる場合を、エンジン１７が最大出力となる場合に対応させている訳ではない。

等スロットル線ＥＬ１は、スロットルダイヤル２８の設定値が１００％、すなわち、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大となる場合に対応する。等スロットル線ＥＬ２は、スロットルダイヤル２８の設定値が０％となる場合に対応する。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、この順に、スロットルダイヤル２８の設定値が大きい値に対応する。

等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３ａ〜ＥＬ３ｆは、エンジン１７の回転速度ｎが同一である場合において比較すると、等スロットル線ＥＬ１の燃料噴射量が最大になり、等スロットル線ＥＬ２の燃料噴射量が最小、すなわち０になる。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、この順に燃料噴射量が大きくなる。

すなわち、等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の回転速度ｎが同一である場合において、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応した、トルクＴと回転速度ｎとの第１の関係を表している。以下において、等スロットル線ＥＬ１を、適宜第１等スロットル線ＥＬ１という。

等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７の回転速度ｎが同一である場合において、エンジン１７に対する燃料噴射量が０になる場合に対応した、トルクＴと回転速度ｎとの第２の関係を表している。等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７のトルクＴが０、かつ回転速度ｎが０を起点として、エンジン１７の回転速度ｎが増加するにしたがって、エンジン１７のトルクＴが低下するように定められている。トルクＴが低下する割合は、エンジン１７の内部摩擦によって発生する摩擦トルクＴｆに基づいて定められる。以下において、等スロットル線ＥＬ２を、適宜第２等スロットル線ＥＬ２という。

摩擦トルクＴｆは、エンジン１７の内部摩擦による損失に対応する。図３に示すトルク線図においては、エンジン１７が出力するトルクを正としている。このため、図３に示すトルク線図において、摩擦トルクＴｆは負の値となる。摩擦トルクＴｆは、回転速度ｎの増加とともに大きくなる。第２等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７のそれぞれの回転速度ｎに対する摩擦トルクＴｆの関係から求めることができる。

等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との間に存在する。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との値から得られる、トルクＴと回転速度ｎとの第３の関係を表している。本実施形態において、等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との値が補間されることにより得られる。補間としては、例えば、線形補間等が用いられる。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆを求める方法は、補間に限定されるものではない。

以下において、等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆを、適宜第３等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆという。複数の第３等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆを区別しない場合、等スロットル線ＥＬ３又は第３等スロットル線ＥＬ３という。

図３に示す例では、第３等スロットル線ＥＬ３は６本であるが、第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ３との間に存在すればよい。このため、第３等スロットル線ＥＬ３の数に制限はない。また、隣接する第３等スロットル線ＥＬ３同士の間隔にも限定はない。

第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び第３等スロットル線ＥＬ３は、いずれも、エンジン１７の回転速度ｎ及びトルクＴの目標を示している。すなわち、エンジン１７は、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び第３等スロットル線ＥＬ３から得られる回転速度ｎ及びトルクＴとなるように制御される。

等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆは、エンジン１７の出力が一定となるように、トルクＴと回転速度ｎとの関係が定められている。等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆは、この順にエンジン１７の出力が大きくなっている。等馬力線ＥＰ０は、エンジン１７の出力が０である場合に対応する。本実施形態において、等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆは、トルクＴと回転速度ｎとの第４の関係に相当する。等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆを区別しない場合、等馬力線ＥＰという。等馬力線ＥＰは、エンジン１７の出力がその等馬力線ＥＰで規定される出力を上回らないように制限する機能を有している。

制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬは、エンジン１７の回転速度ｎを制限する。すなわち、エンジン１７の回転速度ｎは、制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬを超えないように、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０によって制御される。制限線ＶＬ、ＨＬは、エンジン１７の最大の回転速度を規定する。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、エンジン１７の最大の回転速度が、制限線ＶＬ、ＨＬによって規定される回転速度を超えて過回転とならないように制御する。図３に示す例において、エンジン１７は、回転速度ｎが回転速度ｎｐｌｈを超えないように制御される。制限線ＬＬは、エンジン１７の最小の回転速度を規定する。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、エンジン１７の最小の回転速度が、制限線ＬＬによって規定される回転速度ｎｐｌｌを下回らないように制御する。

エンジン１７の最大トルク線ＴＬは、図１に示す油圧ショベル１の稼働中、エンジン１７が発生可能な最大の出力を示している。最大トルク線ＴＬで示されるエンジン１７のトルクは、エンジン１７の耐久性及び排気煙限界等を考慮して決定されている。このため、エンジン１７は、最大トルク線ＴＬに対応したトルクよりも大きいトルクを発生することは可能である。実際には、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、エンジン１７のトルクが最大トルク線ＴＬを超えないようにエンジン１７を制御する。ポンプ吸収トルク線ＰＬは、エンジン１７の回転速度ｎに対して、図２に示す油圧ポンプ１８が吸収可能な最大トルクを示している。

制限線ＶＬと、最大トルク線ＴＬとの交点Ｐｃｎｔにおいて、エンジン１７が発生する出力は、最大となる。交点Ｐｃｎｔを定格点という。定格点Ｐｃｎｔにおけるエンジン１７の出力を定格出力という。最大トルク線ＴＬは、前述したように排気煙限界から定められる。制限線ＶＬは、最高回転速度から定められる。したがって、定格出力は、エンジン１７の排気煙限界と最高回転速度とから定められた、エンジン１７の最大出力である。

マッチングルートＭＬは、所定の出力でエンジン１７が動作する際に、燃料消費率が良い点を通るように設定されている。マッチングルートＭＬは、エンジン１７の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように、トルクＴと回転速度ｎとの関係が設定されている。本実施形態において、マッチングルートＭＬは、トルクＴと回転速度ｎとの第５の関係に相当する。

図４は、マッチングルートＭＬを説明するための図である。マッチングルートＭＬは、エンジン１７の燃料消費率に基づいて求められた、回転速度ｎとトルクＴとの関係を示す線である。燃料消費率（以下、適宜燃費という）とは、１時間かつ出力１ｋＷ当たりにエンジン１７が消費する燃料の量である。燃料消費率は、エンジン１７の効率を表す１つの指標である。本実施形態において、マッチングルートＭＬは、具体的には、燃費最小点Ｍ１を通るように設定された、回転速度ｎとトルクＴとの関係を示す線である。マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１を通過することが好ましいが、種々の制約により、必ずしも燃費最小点Ｍ１を通過するように設定できるとは限らない。このため、マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１を通るように設定されることが困難である場合、燃費最小点Ｍ１の近傍を通過するように設定される。この場合、マッチングルートＭＬは、極力燃費最小点Ｍ１の近傍を通過するように設定される。極力燃費最小点Ｍ１の近傍とは、例えば、燃費最小点Ｍ１における燃料消費率に対して１０５％から１１０％程度の燃料消費率となる等燃費曲線Ｍで囲まれる範囲とすることができる。

前述したように、燃費最小点Ｍ１よりも外側の等燃費曲線Ｍほど燃費は大きく、すなわち悪くなるので、マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１から極力外側に離れないように設定される。また、燃費最小点Ｍ１から外側に離れる過程において、マッチングルートＭＬが交差する等燃費曲線Ｍの数が多いほど、燃料消費率が大きい領域でエンジン１７が運転される可能性は高くなる。したがって、マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１から外側に離れる過程において、マッチングルートＭＬと交差する等燃費曲線Ｍの数が極力少なくなるように設定される。

このようにして求められたマッチングルートＭＬに沿って回転速度ｎを制御すると、燃費、エンジン効率及びポンプ効率が向上する。これは、エンジン１７に同じ出力を発生させ、油圧ポンプ１８から同じ要求流量を得るという条件において、レギュレーション線Ｌｒｌ上の点ｐｔ１でマッチングさせるよりも、同じ等スロットル線ＥＬ３上の点であってマッチングルートＭＬ上の点ｐｔ２でマッチングさせた方が、エンジン１７の状態は高回転かつ低トルクから低回転かつ高トルクに移行して、ポンプ容量が大となり、等燃費曲線Ｍ上の燃費最小点Ｍ１に近い点で運転されるからである。また低回転領域でエンジン１７が稼動することにより騒音が低減し、かつエンジンフリクション及びポンプアンロードロス等は減少する。

本実施形態において、機関制御装置は、第１等スロットル線ＥＬ１と、第２等スロットル線ＥＬ２と、両者を補間して得られる第３等スロットル線ＥＬ３とを用いて、エンジン１７の運転状態を制御する。例えば、機関制御装置は、スロットルダイヤル２８の指示値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３と、マッチングルートＭＬとが交差する点のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７を制御する。また、機関制御装置は、スロットルダイヤル２８の設定値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３と、ポンプ吸収トルク線ＰＬとが交差する点のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７を制御することもできる。さらに、機関制御装置は、スロットルダイヤル２８の設定値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３と、マッチングルートＭＬと、ポンプ吸収トルク線ＰＬとが交差する点のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７を制御することもできる。

機関制御装置がマッチングルートＭＬを用いてエンジン１７の運転状態を制御する場合、図３に示す等馬力線ＥＰ及びマッチングルートＭＬと一致する第３等スロットル線ＥＬ３を用いる。そして、機関制御装置は、マッチングルートＭＬから外れた回転速度ｎ及びトルクＴでエンジン１７の運転状態を制御する場合、例えば、前述の第３等スロットル線ＥＬ３上の回転速度ｎ及びトルクＴとなるように、エンジン１７の運転状態を制御する。図３に示す例においては、機関制御装置は、等馬力線ＥＰｄとマッチングルートＭＬとが一致するマッチング点ＭＰ１と一致する第３等スロットル線ＥＬ３ｄ上のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７の運転状態を制御する。

機関制御装置がエンジン１７の運転状態を制御するにあたり、エンジンコントローラ３０は、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２、エンジン１７の最大トルク線ＴＬ及び制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬの情報を、自身の記憶装置に記憶している。なお、本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、少なくとも、第１等スロットル線ＥＬ１及び第２等スロットル線ＥＬ２の情報を、自身の記憶装置に記憶していればよい。この場合、エンジンコントローラ３０は、入力されたスロットルダイヤル２８の設定値に対応する第３唐須路取る線ＥＬ３を、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して求める。そして、エンジンコントローラ３０は、補間によって求められた第３等スロットル線ＥＬ３を用いてエンジン１７の運転状態を制御する。なお、エンジンコントローラ３０は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して求められた第３等スロットル線ＥＬ３を、自身の記憶装置に記憶していてもよい。

エンジンコントローラ３０は、図２に示すように、スロットルダイヤル２８の設定値（信号）をスロットルダイヤル２８から直接又はポンプコントローラ３３を介して取得することができる。エンジンコントローラ３０は、スロットルダイヤル２８の設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を選択する。そして、エンジンコントローラ３０は、選択した第３等スロットル線ＥＬ３を用いて、エンジン１７の運転状態を制御する。

本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、所定の間隔（例えば、スロットル開度が１０％毎）毎に、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して得られた複数の第３等スロットル線ＥＬ３を記憶装置に記憶している。エンジンコントローラ３０は、エンジン１７を制御するにあたり、スロットルダイヤル２８の設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３が存在しない場合、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを用いて補間することにより、対応する第３等スロットル線ＥＬ３を生成する。

この場合、エンジンコントローラ３０は、前述した指示値よりも大きい第３等スロットル線ＥＬ３と前述した設定値よりも小さい第３等スロットル線ＥＬ３とを選択する。そして、エンジンコントローラ３０は、この２つの第３等スロットル線ＥＬ３を用いて補間することにより、前述した指示値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を生成する。

エンジンコントローラ３０は、少なくとも、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び両者を補間して得られる第３等スロットル線ＥＬ３の情報を自身の記憶装置に記憶し、これらとスロットルダイヤル２８の設定値とに基づいて、エンジン１７の運転状態を制御する。このため、エンジンコントローラ３０は、スロットルダイヤル２８の設定値のみが入力されれば、エンジン１７の運転状態を制御できる。したがって、エンジンコントローラ３０を用いることにより、エンジンコントローラ３０以外のコントローラ、例えば、ポンプコントローラ３３その他のコントローラを用いなくても、スロットルダイヤル２８の設定値のみを生成することによってエンジン１７を制御できる。その結果、エンジンコントローラ３０を用いることにより、エンジン１７の運転状態を制御する際の自由度及び汎用性が向上する。例えば、エンジン１７単体の性能を試験したい場合、スロットルダイヤル２８の設定値をエンジンコントローラ３０に与えれば、エンジン１７単体の試験を実現することができる。

また、ポンプコントローラ３３又は図１に示す油圧ショベル１が備える他の制御装置がエンジンコントローラ３０を介してエンジン１７を制御する場合がある。このような場合、ポンプコントローラ３３等は、エンジン１７が発生する出力の指令値をスロットルダイヤル２８の設定値に変換してエンジンコントローラ３０に与えればよい。スロットルダイヤル２８の設定値は、０％から１００％の間における百分率で表されるため、比較的簡単に生成できる。このため、油圧ショベル１が備える他の制御装置は、スロットルダイヤル２８の設定値を用いることによって、比較的簡単にエンジン１７を制御できる。

油圧ショベル１が備える他の制御装置がエンジンコントローラ３０を介してエンジン１７を制御する場合、スロットルダイヤル２８からエンジンコントローラ３０に入力される設定値よりも、油圧ショベル１が備える他の制御装置が生成したスロットルの設定値の方が優先される。このようにすることで、油圧ショベル１が備える他の制御装置は、エンジン１７の運転状態を制御することができる。他の制御装置が生成したスロットルの設定値は、スロットルダイヤル２８の設定値と同種類の指令値である。

機関制御装置、本実施形態ではポンプコントローラ３３は、レバー操作量、作業モード及びスロットルダイヤル２８の設定値、上部旋回体５の旋回速度（旋回回転速度）等の情報（運転状態を示す情報）を取得し、エンジン１７が発生する出力の指令値（以下、適宜エンジン出力指令値という）を求める。このエンジン出力指令値は、図３のトルク線図に示された第３等スロットル線ＥＬ３上の値となる。エンジン出力指令値は、エンジン１７が発生する出力の目標となる。

ポンプコントローラ３３は、出力指令値をスロットル開度に変換してエンジンコントローラ３０に出力する。ポンプコントローラ３３からスロットル開度を取得したエンジンコントローラ３０は、このスロットル開度に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を選択する。そして、エンジンコントローラ３０は、選択した第３等スロットル線ＥＬ３上の回転速度ｎ及びトルクＴとなるように、エンジン１７を制御する。

例えば、図１に示す油圧ショベル１の作業機３に負荷が作用している場合、エンジンコントローラ３０は、エンジン１７の出力を、第３等スロットル線ＥＬ３とポンプ吸収トルク線ＰＬとの交点（マッチング点）ＭＰ１でエンジンの出力と油圧ポンプ１８の出力とをマッチングさせて作業機３を動作させる。なお、このマッチング点ＭＰ１は、マッチングルートＭＬ上にとすることが好ましい。このマッチング点ＭＰ１での回転速度ｎは、目標マッチング回転速度ｎｐ１である。このような制御により、作業機３は十分な出力を得ることができるとともに、エンジン１７は低回転数で駆動するため、燃料消費を低く抑えることができる。

作業機３の負荷が小さくなった結果、油圧ショベル１の負荷が低下した場合であって、作業機３の油圧シリンダ１４、１５、１６への作動油流量が必要な場合、すなわち作業機３の動作速度を確保する必要が場合、機関制御装置、本実施形態ではポンプコントローラ３３は、レバー操作量、上部旋回体５の旋回回転速度、スロットルダイヤル２８の設定値等の情報に対応した無負荷最大回転速度ｎｐ２を決定する。そして、ポンプコントローラ３３は、目標マッチング回転速度ｎｐ１と無負荷最大回転速度ｎｐ２との間の回転速度の範囲内で、トルクＴと回転速度ｎとの第６の関係としての可変回転速度制限線ＶＬ２を用いてエンジン１７を駆動させる。本実施形態において、可変回転速度制限線ＶＬ２は、制限線ＶＬが移動したものである。すなわち、制限線ＶＬの機能は、可変回転速度制限線ＶＬ２が移動することによって実現される。制限線ＶＬは、エンジン１７の回転速度ｎが制限線ＶＬが規定する回転速度よりも大きくならないように制限するものである。したがって、可変回転速度制限線ＶＬ２も、エンジン１７の回転速度ｎが可変回転速度制限線ＶＬ２によって規定される回転速度よりも大きくならないように制限する。

本実施形態において、可変回転速度制限線ＶＬ２は、エンジン１７の回転速度ｎの増加とともに、エンジン１７のトルクＴが一次関数にしたがって小さくなっている。可変回転速度制限線ＶＬ２は、エンジン１７のトルクが０のとき、無負荷最大回転速度ｎｐ２を通る。無負荷最大回転速度ｎｐ２は、レバー操作量、上部旋回体５の旋回回転速度、スロットルダイヤル２８の設定値等によって変化する。このため、可変回転速度制限線ＶＬ２も、無負荷最大回転速度ｎｐ２の変化によって移動する。また、後述する無負荷最小回転速度ｎｍ１を用いる場合、可変回転速度制限線ＶＬ２’は無負荷最小回転速度ｎｍ１を通るが、無負荷最小回転速度ｎｍ１も油圧ショベル１の運転条件によって変化する。このため、可変回転速度制限線ＶＬ２は、無負荷最小回転速度ｎｍ１の変化によっても移動する。

機関制御装置がこのような制御を実行することにより、作業機３に負荷が作用した状態からその負荷が低下すると、エンジン１７は、低回転速度側のマッチング点ＭＰ１での運転から高回転速度側のマッチング点ＭＰ２での運転に移行する。マッチング点ＭＰ２は、マッチング点ＭＰ１を通る第３等スロットル線ＥＬ３ｄと、可変回転速度制限線ＶＬ２との交点である。エンジン１７が高回転速度側のマッチング点ＭＰ２で運転されることにより、油圧ポンプ１８は、十分な流量の作動油を吐出することができる。このため、油圧シリンダ１４、１５、１６には十分な流量の作動油が供給されるので、作業機３の動作速度を確保することができる。また、エンジン１７の出力は、第３等スロットル線ＥＬ３ｄを目標として制御されるので、無駄なエネルギーを消費しない。なお、無負荷最大回転速度ｎｐ２は、エンジンが出力可能な最大回転数に限らない。

作業機３の負荷がさらに低下した場合、機関制御装置がそのままエンジン１７を高い回転速度の領域で駆動させると、多くの燃料が消費される結果、燃費が低下する可能性がある。したがって、負荷が低下した場合、かつ、例えばバケット１３のみの動作のように、油圧ポンプ１８からの作動油の吐出流量及び吐出圧力を多く必要としない場合、すなわちポンプ容量に余裕がある場合、機関制御装置は、可変回転速度制限線ＶＬ２を低回転速度の領域にシフトさせる。

前述したように、ポンプ容量は、斜板角センサ１８ａによって検出される。機関制御装置、本実施形態では、ポンプコントローラ３３は、斜板角センサ１８ａの検出値の大小によって可変回転速度制限線ＶＬ２をシフトさせる。例えば、ポンプ容量が所定値よりも大きいことが検出された場合、油圧シリンダ１４、１５、１６等の油圧機器は作動油の流量を必要としている。この場合、ポンプコントローラ３３は、可変回転速度制限線ＶＬ２を高回転速度の領域にシフトさせてエンジン１７の回転速度ｎを上昇させる。ポンプ容量が所定値よりも小さいことが検出された場合、油圧機器は作動油流量を必要としていない。この場合、ポンプコントローラ３３は、可変回転速度制限線ＶＬ２を低回転速度の領域にシフトさせてエンジン１７の回転速度ｎを低下させる。機関制御装置は、このような制御を実行することにより、高回転速度の領域でエンジンが運転されることによる無駄な燃料消費を抑制することができる。

本実施形態において、他の制御装置、例えば、ポンプコントローラ３３がエンジン１７の出力指令値を生成し、これを用いてエンジン１７を制御する場合、ポンプコントローラ３３は、出力指令値をスロットルの設定値に変換してエンジンコントローラ３０に与える。エンジンコントローラ３０は、変換後におけるスロットルの設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を用いて、エンジン１７の運転状態を制御する。すなわち、機関制御装置は、出力指令値に対応する等馬力線ＥＰとマッチングルートＭＬとに一致する第３等スロットル線ＥＬ３を用いて、エンジン１７を制御する。このようにすることで、出力指令値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３を選択することができる。

また、機関制御装置は、エンジン１７の燃費が良好なマッチングルートＭＬ上でエンジン１７を制御することが多い。図３に示すように、等馬力線ＥＰと第３等スロットル線ＥＬ３とは形状が異なるが、マッチングルートＭＬ上で第３等スロットル線ＥＬ３と出力指令値に対応する等馬力線ＥＰとを一致させるので、使用する機会の多いマッチングルートＭＬにおいて、第３等スロットル線ＥＬ３と出力指令値とを一致させることができる。その結果、出力指令値と油圧ショベル１の実際の動作との違いを低減できるので、油圧ショベル１の操作性の低下を抑制できる。

本実施形態において、第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の等馬力線、すなわち、エンジン１７の出力が一定であることを示す線である。第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の定格出力となる回転速度での出力が、定格出力以上になっている。本実施形態において、第１等スロットル線ＥＬ１は、等馬力線としたが、これに限定されるものではない。

また、第２等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７の回転速度ｎが増加するにしたがって、トルクＴが一次関数にしたがって減少する。第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して得られる。このため、等馬力線ＥＰと、この等馬力線ＥＰの馬力に対応する第３等スロットル線ＥＬ３とは、一点で交差することになる。例えば、エンジン１７の最大出力の半分に対応する等馬力線ＥＰには、スロットルの開度が５０％に対応する第３等スロットル線ＥＬ３が対応するが、両者は一点で交差する。

本実施形態においては、マッチングルートＭＬで等馬力線ＥＰと第３等スロットル線ＥＬ３とを一致させている。また、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが大きい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、第３等スロットル線ＥＬ３の方が等馬力線ＥＰよりも大きくなっている。さらに、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが小さい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、等馬力線ＥＰの方が第３等スロットル線ＥＬ３よりも大きくなっている。本実施形態において、機関制御装置は、前述したように、油圧ショベル１の作業機３に負荷が作用した後、その負荷が低下した場合に、無負荷最大回転速度ｎｐ２に基づく可変回転速度制限線ＶＬ２と第３等スロットル線ＥＬ３ｄとのマッチング点ＭＰ２でエンジン１７を制御する。

マッチング点ＭＰ２における回転速度ｎｐ２においては、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄの方がトルクＴは小さくなるので、エンジン１７の燃費は向上する。作動油の流量が必要である場合、油圧ポンプ１８を駆動するためのトルクは比較的小さくてもよい。このため、作動油の流量が必要である場合、第３等スロットル線ＥＬ３ｄを用いてエンジン１７を制御すれば、エンジン１７の燃費を向上させることができる。本実施形態は、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係を前述したような関係としているので、作業機３に対する負荷が低下した後に油圧ポンプ１８の流量が必要である場合は、作動油の流量を確保しつつ、エンジン１７の燃費を向上させることができるので好ましい。

エンジン１７の回転速度ｎが比較的小さい場合、作動油の流量よりも高い圧力が求められる。したがって、油圧ポンプ１８を駆動するためには大きなトルクＴが必要になる。本実施形態は、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係を前述したような関係としている。このため、本実施形態において、エンジン１７の回転速度ｎが低い場合、より具体的にマッチングルートＭＬよりも回転速度が低く、かつトルクが高い領域では、同じ回転速度ｎで比較すると、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄの方がトルクＴは大きくなる。作動油に高い圧力が求められる場合、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄを用いた方がより大きなトルクＴを発生できるため、好ましい。

第１等スロットル線ＥＬ１は、図３に示すように、エンジン１７の各回転速度ｎにおいて、エンジン１７の最大トルク線ＴＬよりもトルクＴが高くなっている。このようにすることで、機関制御装置は、他の制御装置との間で通信の遅れが発生したり、エンジン１７の使用環境が変動したりした場合に、エンジン１７の出力が最大トルク線ＴＬで規定される値を超える可能性を低減することができる。その結果、エンジン１７は、過負荷で使用される可能性が低減されるので好ましい。

可変回転速度制限線ＶＬ２は、図３に示すトルク線図の横軸（トルクＴ＝０）との交点における回転速度と、最大トルク線ＴＬとの交点における回転速度とから求められる。可変回転速度制限線ＶＬ２がトルク線図の横軸と交差する点の回転速度をｎａ、可変回転速度制限線ＶＬ２が最大トルク線ＴＬと交差する点における回転速度をｎｂとする。このとき、ｎａ＝ｋ×ｎｂとなるように可変回転速度制限線ＶＬ２が決定される。ｋは１よりも大きい定数である。ｋは予め設定されている。無負荷最大回転速度ｎｐ２を例とすると、可変回転速度制限線ＶＬ２が最大トルク線ＴＬと交差する点における回転速度をｎｐ２’としたとき、無負荷最大回転速度ｎｐ２＝ｋ×ｎｐ２’となるように可変回転速度制限線ＶＬ２が決定される。

可変回転速度制限線ＶＬ２が数式Ｔ＝ｈ１×ｎ＋ｉ、可変回転速度制限線ＶＬ２と交差する部分の最大トルク線ＴＬが数式Ｔ＝ｈ２×ｎ＋ｊで表されるとする。ｈ１、ｈ２、ｊは定数である。この場合、可変回転速度制限線ＶＬ２の傾きｈ１は、（ｈ２×ｎａ＋ｋ×ｊ）×（１−ｋ）／（ｋ^２×ｎａ）、定数ｉは−ｈ１×ｎａで求めることができる。ｋ、ｈ２及びｊは既知なので、回転速度ｎａが与えられれば、ｈ１及びｉを求めることができる。例えば、回転速度ｎａが無負荷最大回転速度ｎｐ２であれば、これに対応したｈ１及びｉが求められる。エンジンコントローラ３０は、例えば、ｈ１及びｉを求める数式を自身の記憶装置に記憶している。そして、例えばポンプコントローラ３３等から与えられた回転速度ｎａに基づいてｈ１及びｉを求め、可変回転速度制限線ＶＬ２を生成する。そして、エンジンコントローラ３０は、生成した可変回転速度制限線ＶＬ２を用いてエンジン１７を制御する。

図３及び前述した数式から分かるように、可変回転速度制限線ＶＬ２は、傾きをｈ１、切片をｉとした一次関数の式で表すことができる。可変回転速度制限線ＶＬ２は、傾きｈ１を有しているため、第３等スロットル線ＥＬ３とのマッチングを取りやすいという利点がある。なお、可変回転速度制限線ＶＬ２の傾きｈ１は、回転速度ｎによって変化してもよい。このようにすると、エンジン１７をより緻密に制御することができる。次に、エンジン１７の制御をより詳細に説明する。

＜エンジン１７の制御の詳細＞
図５は、エンジン１７の制御フローを示す図である。図６は、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０を示す図である。機関制御装置としてのエンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３の少なくとも一方は、エンジン制御指令としてのエンジン回転速度指令値とエンジン出力指令値とを求め、ポンプ制御指令としてポンプ吸収トルク指令値を求める。本実施形態において、本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０及びスロットル指令値（スロットル開度の指令値）Ｄ２５０を取得し、これらに基づいてエンジン１７の運転状態を制御する。スロットル指令値Ｄ２５０は、油圧ショベル１が搭載するエンジンコントローラ３０以外の制御装置が生成した、スロットルダイヤル２８の設定値（指令値）と同種類の指令値に対応する。油圧ショベル１が搭載するエンジンコントローラ３０以外の制御装置は、例えば、ポンプコントローラ３３又はハイブリッドコントローラ２３ａ等である。

エンジン１７の制御において、レバー値信号Ｄ１００、スロットル設定値Ｄ１０２、作業モードＤ１０３、Ｒポンプ圧力Ｄ１０４、Ｆポンプ圧力Ｄ１０５、エンジントルクＤ１０６、エンジン回転速度Ｄ１０７旋回モータ２４の回転速度である旋回モータ回転速度Ｄ３０１、旋回モータ２４のトルクである旋回モータトルクＤ３０２及び発電電動機１９の出力である発電機出力Ｄ３０３を入力パラメータとして用いる。旋回モータ回転速度Ｄ３０１は、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０、エンジン最大出力演算ブロック１３０及びマッチング最小回転速度演算ブロック１５０に入力される。旋回モータトルクＤ３０２は、エンジン最大出力演算ブロック１３０に入力される。発電機出力Ｄ３０３は、エンジン最大出力演算ブロック１３０、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０及びポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０に入力される。

無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、図５に示した制御フローによって、エンジン回転速度指令値の上限値となる値である無負荷最大回転速度Ｄ２１０（ｎｐ２）を演算する。油圧ポンプ１８のポンプ容量が最大の状態において、油圧ポンプ１８の流量（油圧ポンプ吐出流量）はエンジン回転速度とポンプ容量との積である。油圧ポンプ吐出流量はエンジン１７の回転速度ｎに比例するため、無負荷最大回転速度Ｄ２１０と油圧ポンプ１８の最大流量（ポンプ最大吐出量）とは比例関係にある。このため、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、まず、無負荷最大回転速度Ｄ２１０の候補値として、各レバー値信号Ｄ１００（レバー操作量）によって求めた無負荷回転速度の総和を総和部２１２によって求める。

各レバー値信号Ｄ１００（各レバー操作量を示す信号）としては、旋回レバー値、ブームレバー値、アームレバー値、バケットレバー値、走行右レバー値、走行左レバー値及びサービスレバー値がある。サービスレバー値は、新たな油圧アクチュエータを接続できる油圧回路を有する場合における、この油圧アクチュエータを操作するレバー操作量を示す値である。各レバー値信号は、図６に示すようなレバー値・無負荷回転速度変換テーブル２１１によって無負荷回転速度に変換される。この変換された値は、総和部２１２によって求めた総和の無負荷回転速度が第１最小値選択部（ＭＩＮ選択）２１４に出力される。本実施形態において、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図６に示す無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、各レバー値信号Ｄ１００の操作量、油圧ポンプ１８の吐出圧力であるポンプ圧力Ｄ１０４、Ｄ１０５及びモード切替部２９によって設定された作業モードＤ１０３の４つの情報を用いて、油圧ショベル１のオペレータが、現在どのような操作パターン（作業パターン）を実行しているかを判定する。無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、その判定結果に基づき、予め設定されている操作パターンに対する無負荷回転速度リミット値を選択し決定する。

決定された無負荷回転速度リミット値は、第１最小値選択部２１４に出力される。操作パターン（作業パターン）の判定について説明する。例えば、アームレバーが掘削方向に操作されており、かつ油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力（ポンプ圧力）が所定の設定値よりも高い場合、無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、油圧ショベル１は重掘削作業を実行しようとしていると判定する。また、例えば、旋回レバーが傾倒しているとともにブームレバーが上げ方向に操作されているような複合操作の場合、無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、油圧ショベル１がホイスト旋回作業を実行しようとしていると判定する。このように、操作パターン（作業パターン）の判定とは、オペレータが実行しようとしている操作を無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０が推定することである。なお、ホイスト旋回作業とは、油圧ショベル１が、バケット１３で土砂を掘削した後、ブーム１１を上げながら上部旋回体５を旋回させ、所望の停止位置でバケット１３の土砂を排土するような作業である。

無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、図２に示すスロットルダイヤル２８の設定状態（スロットル設定値Ｄ１０２）からも無負荷最大回転速度の候補値を決定する。すなわち、スロットル設定値Ｄ１０２に対応する信号を受信した無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、スロットルダイヤル・無負荷回転速度変換テーブル２１３を用いて、スロットル設定値Ｄ１０２を無負荷最大回転速度の候補値に変換する。そして、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、無負荷最大回転速度の候補値を第１最小値選択部２１４に出力する。

第１最小値選択部２１４は、レバー値信号Ｄ１００から求められた無負荷回転速度と無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０が求めた無負荷回転速度リミット値とスロットル設定値Ｄ１０２から求めた無負荷回転速度との３つの値の中から最小値を選択する。第１最小値選択部２１４が選択した値は、第２最小値選択部（ＭＩＮ選択）２１５に出力される。第２最小値選択部２１５は、第１最小値選択部２１４が選択した値と、油圧ショベル１の作業モード制限値Ｄ１１２とを比較する。比較の結果、第２最小値選択部２１５は、両者の最小値を無負荷最大回転速度Ｄ２１０（ｎｐ２）として出力する。作業モード制限値Ｄ１１２は、油圧ショベル１の運転モードによって決定される、エンジン１７の回転速度ｎの上限値である。作業モードがパワーモードである場合、作業モードがエコノミーモードである場合と比較して作業モード制限値Ｄ１１２は大きくなる。

電気で駆動される旋回モータ２４を搭載したハイブリッド方式の油圧ショベル１は、上部旋回体５を旋回させるときの駆動源として、油圧を必要としない。このため、油圧ポンプ１８から吐出される作動油のうち、旋回の駆動分の油圧ポンプ１８からの作動油吐出流量を減らしてもよい。減算部３１１は、スロットル設定値Ｄ１０２に基づきスロットルダイヤル・無負荷回転速度変換テーブル２１３によって求められる無負荷回転速度から、旋回モータ回転速度Ｄ３０１に基づき旋回モータ回転速度・無負荷回転速度削減量変換テーブル３１０によって求められる無負荷回転速度削減量を減算する。減算部３１１が出力した回転速度を、無負荷最大回転速度Ｄ２１０の候補値としている。最大値選択部（ＭＡＸ選択）３１３は、減算部３１３が出力した回転速度とゼロ値３１２との最大値選択を行う。このような処理によって、最小値選択部３１４へ負の値が与えられないようにすることができる。

図７は、エンジン最小出力演算ブロック１２０の制御フローを示す図である。図７に示すように、エンジン最小出力演算ブロック１２０は、エンジン出力指令値の下限となる値であるエンジン最小出力Ｄ２２０を演算する。レバー値・エンジン最小出力変換テーブル２２０は、無負荷最大回転速度Ｄ２１０の演算と同様に、各レバー値信号Ｄ１００をエンジン最小出力に変換し、総和部２２１がこれらの総和を最小値選択部（ＭＩＮ選択）２２３に出力する。

エンジン最小出力の最大値選択ブロック２２２は、モード切替部２９によって設定される作業モードＤ１０３に対応した上限値を最小値選択部２２３に出力する。最小値選択部２２３は、各レバー値信号Ｄ１００に対応したエンジン最小出力の総和と、作業モードＤ１０３に対応した上限値とを比較し、最小値を選択してエンジン最小出力Ｄ２２０として出力する。本実施形態において、エンジン最小出力演算ブロック１２０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図８は、エンジン最大出力演算ブロック１３０の制御フローを示す図である。図８に示すように、エンジン最大出力演算ブロック１３０は、エンジン出力指令値の上限となる値であるエンジン最大出力Ｄ２３０を演算する。エンジン最大値出力演算ブロック１３０は、旋回モータ回転速度Ｄ３０１及び旋回モータトルクＤ３０２を入力パラメータとして用いる。そして、旋回馬力演算ブロック３３０が旋回馬力を演算し、エンジン回転数Ｄ１０７を用いてファン馬力演算ブロック２３１がファン馬力を演算する。旋回馬力とファン馬力とは、それぞれ減算部３３１及び加算部２３３を介して、ポンプ出力リミット値に加算される。また、発電電動機１９の発電機出力Ｄ３０３は、減算部３３４を介してポンプ出力リミット値に加算される。

ポンプ出力リミット値選択ブロック２３０は、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０による演算と同様に、各レバー値信号Ｄ１００の操作量とポンプ圧力Ｄ１０４、Ｄ１０５と作業モードＤ１０３の設定値の情報を用いて、現在の操作パターンを判定し、その操作パターン毎にポンプ出力リミット値を選択する。

図８に示すように、旋回馬力及び発電機出力Ｄ３０３のポンプ出力リミット値への加算は、減算となっている（減算部３３１、３３４参照）。ハイブリッド方式の油圧ショベル１は、エンジン１７という動力発生源とは異なる、電気で駆動される旋回モータ２４を用いる。このため、旋回モータ２４の旋回馬力を求めてポンプ出力リミット値から旋回分の馬力を減算することが必要である。発電電動機１９が発電する場合、発電機出力Ｄ３０３は値の正負の符号を負と定義されている。最小値選択部３３３で発電機出力Ｄ３０３とゼロ値３３２との比較が行われ、ポンプ出力リミット値に対して負の値を減算するため、実質的に加算となる。

発電電動機１９がエンジン１７の出力をアシストする場合は、発電機出力Ｄ３０３の値の正負は正となる。発電電動機１９が発電する場合は、発電機出力Ｄ３０３の値は負である。最小値選択部（ＭＩＮ選択）３３３は、発電機出力Ｄ３０３とゼロ値３３２との最小値選択を行う。減算部３３４は、ポンプ出力リミットから負の発電機出力を減算する。すなわち、減算部３３４は、実質的にポンプ出力リミットに発電機出力Ｄ３０３を加算することとなる。すなわち、発電機出力Ｄ３０３が負の値となったときのみに加算が行われる。

発電電動機１９によるエンジン１７のアシストは、エンジン回転速度Ｄ１０７を、ある所定の回転速度から高い回転速度に上昇させる必要があるときに、作業機３の応答性を高めるために行われる。このときのエンジン出力としてエンジン１７のアシスト分の出力を除いてしまうと、作業機３の応答性の改善を図ることができない。このため、本実施形態において、エンジン１７をアシストした場合には、エンジン最大出力を低減させない。すなわち、正の発電機出力Ｄ３０３が最小値選択部３３３に入力されても、ゼロ値３３２との最小値選択により、最小値選択部３３３からはゼロが出力される。その結果、ポンプ出力リミットから減算が行われることなく、エンジン最大出力Ｄ２３０が求められる。

加算部２３３は、減算部３３４が出力した値に、現在のエンジン回転速度Ｄ１０７からファン馬力演算ブロック２３１が演算したファン馬力を加算する。エンジン回転速度Ｄ１０７は、図２に示す回転速度検出センサ１７Ｃが検出する。加算部２３３が加算した値（以下、加算値という）と、エンジン出力リミット値とが、最小値選択部（ＭＩＮ選択）２３４に出力される。エンジン出力リミット値は、スロットル設定値Ｄ１０２に応じてスロットルダイヤル・エンジン出力リミット変換テーブル２３２が変換することによって求められる。

最小値選択部２３４は、加算値とエンジン出力リミット値とのうちの最小値を選択し、エンジン最大出力Ｄ２３０として出力する。なお、ファンは、エンジン１７を冷却するためのラジエータの近傍に設けられている。ファンは、ラジエータに向かって空気を送風する。ファンは、エンジン１７の駆動に連動して回転駆動するものである。なお、旋回馬力は、式（１）によって求めることができる。式（１）中の係数は設定値である。ファン馬力は、式（２）で求めることができる。本実施形態において、エンジン最大出力演算ブロック１３０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。
旋回馬力（ｋＷ）＝２π／６０×旋回モータ回転速度×旋回モータトルク／１０００×係数・・・（１）
ファン馬力＝ファン定格馬力×（エンジン回転数／ファン定格時エンジン回転数）＾３・・・（２）

図９は、エンジン目標出力演算ブロック１４０の制御フローを示す図である。図９に示すように、エンジン目標出力演算ブロック１４０は、エンジン目標出力Ｄ２４０を演算する。減算部２４３は、前回演算して求めた前回のエンジン目標出力Ｄ２４０から、固定値として設定されているエンジン出力加算用オフセット値２４１を減算する。減算部２４４は、減算部２４３が減算した値から、エンジン実出力演算ブロック２４２が演算したエンジン実出力を減算した偏差を求める。

乗算部２４５は、減算部２４４が演算した偏差に、所定のゲイン（−Ｋｉ）を乗じた値を演算する。積分部２４６は、乗算部２４５が演算した乗算値を積分する。加算部２４７は、積分部２４６が積分した積分値に、エンジン最小出力演算ブロック１２０が演算することにより求められたエンジン最小出力Ｄ２２０を加算する。最小値選択部（ＭＩＮ選択）２４８は、加算部２４７が求めた加算値と、エンジン最大出力演算ブロック１３０が演算することにより求められたエンジン最大出力Ｄ２３０とのうちの最小値を、エンジン目標出力Ｄ２４０としてスロットル指令値変換部２４９に出力する。

エンジン目標出力Ｄ２４０は、図３に示す等馬力線ＥＰを意味する。エンジン実出力演算ブロック２４２は、エンジンコントローラ３０が指令している燃料噴射量及びエンジン１７の回転速度並びに大気温度等から予測したエンジントルクＤ１０６と、図２に示す回転速度検出センサ１７Ｃが検出したエンジン１７の現在のエンジン回転速度Ｄ１０７とに基づいて、式（２）からエンジン実出力を求める。
エンジン実出力（ｋＷ）＝２×π／６０×実回転速度×エンジントルク／１０００・・・（２）

スロットル指令値変換部２４９は、エンジン目標出力Ｄ２４０を、適宜スロットル指令値Ｄ２５０に変換する。スロットル指令値Ｄ２５０は、図５に示すように、エンジン制御指令として用いられる。スロットル指令値Ｄ２５０は、図３に示す第３等スロットル線ＥＬ３に対応する。スロットル指令値変換部２４９は、エンジン目標出力Ｄ２４０に対応する等馬力線ＥＰが、図３に示すマッチングルートＭＬと交差する点に一致する第３等スロットル線ＥＬ３を、スロットル指令値Ｄ２５０とする。エンジンコントローラ３０は、スロットル指令値Ｄ２５０に対応する第３等スロットル線ＥＬ３にしたがって、エンジン１７の運転状態を制御する。本実施形態において、エンジン目標出力演算ブロック１４０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１０は、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０の制御フローを示す図である。図１０に示すように、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０は、油圧ショベル１の作業時に最低限上昇させなければならないエンジン回転数であるマッチング最小回転速度Ｄ１５０を演算する。レバー値・マッチング最小回転速度変換テーブル２５１が各レバー値信号Ｄ１００を変換した各値が、マッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値となる。各候補値は、それぞれ最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５５に出力される。

無負荷回転速度・マッチング回転数変換テーブル２５２は、可変回転速度制限線ＶＬ２とマッチングルートＭＬとの交点におけるエンジン１７の回転速度をマッチング回転速度ｎｐ２’として、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０が求めた無負荷最大回転速度Ｄ２１０（ｎｐ２）を変換し出力する。減算部２５４は、このマッチング回転速度ｎｐ２’から低速オフセット回転数２５３を減算する。減算部２５４は、減算の結果、得られた値を、マッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値として最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５５に出力する。

発電電動機１９は、出力できるトルクの限界値（発電機最大トルク）が設定されている。このため、発電電動機１９がある程度大きな出力で発電するためには、エンジン回転速度Ｄ１０７を上昇させる必要がある。マッチング最小回転速度演算ブロック１５０は、随時に要求される発電機出力Ｄ３０３の大きさから、最低限上昇させなければならないエンジン回転速度Ｄ１０７を、発電機出力・マッチング回転数変換テーブル３５１を用いて求める。そして、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０は、求められたエンジン回転速度をマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値として最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５５に出力する。なお、発電機出力Ｄ３０３の後段に配置されるゲート３５０は、発電機出力Ｄ３０３が負であるので、発電機出力Ｄ３０３を正の値に変換するために設けられている。

旋回回転速度・マッチング最小回転速度変換テーブル２５０は、旋回回転速度Ｄ１０１をマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値として変換してから、最大値選択部２５５に出力する。旋回回転速度Ｄ１０１は、図２の旋回油圧モータ３１の旋回回転速度をレゾルバ又はロータリーエンコーダ等の回転センサで検出した値である。この旋回回転速度・マッチング最小回転速度変換テーブル２５０は、旋回回転速度Ｄ１０１がゼロのとき、マッチング最小回転速度を大きくし、旋回回転速度Ｄ１０１が大きくなるにしたがってマッチング最小回転速度を小さくするような特性で旋回回転速度Ｄ１０１をマットチング最小回転速度に変換する。最大値選択部２５５は、これらのマッチング最小回転速度並びに減算部２５４及び発電機出力・マッチング回転数変換テーブル３５１から出力されたマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値から最大値を選択して、マッチング最小回転速度Ｄ１５０として出力する。

本実施形態では、作業機３の負荷が低下した場合、エンジン１７の回転速度ｎは、最大で無負荷最大回転速度ｎｐ２まで増加する。また、作業機３に十分な負荷が作用した場合、エンジン１７の回転速度は、目標マッチング回転速度ｎｐ１まで低下する。この場合、作業機３に作用する負荷の大小によって、エンジン１７の回転速度ｎは大きく変動することになる。このエンジン１７の回転速度ｎの大きな変動は、油圧ショベル１が力を十分に発生していないような違和感を油圧ショベル１のオペレータにとって与える可能性がある。

このため、本実施形態では、低速オフセット回転数を用い、低速オフセット回転数の大小によって、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅を変化させて前述した違和感を低減することができる。すなわち、低速オフセット回転数を小さくすれば、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅は小さくなり、低速オフセット回転数を大きくすれば、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅は大きくなる。なお、上部旋回体５が旋回をしている状態又は作業機３が掘削作業をしている状態等の油圧ショベル１の稼動状態によって、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅が同一あってもオペレータの違和感は異なる。

例えば、上部旋回体５が旋回をしている状態では、作業機３が掘削作業をしている状態よりも多少エンジン１７の回転速度ｎが低下してもオペレータは力不足とは感じにくい。このため、上部旋回体５が旋回している状態では、作業機３が掘削作業をしている状態よりもエンジン１７の回転速度ｎがさらに低下するようにしてもよい。この場合、エンジン１７の回転速度が低下するため、燃費は向上する。なお、上部旋回体５の旋回に限らず、他のアクチュエータの動作に応じてエンジン１７の回転速度の変動幅を設定してもよい。本実施形態において、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１１は、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０の制御フローを示す図である。図１１に示すように、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、図３に示した、目標マッチング回転速度ｎｐ１（Ｄ２６０）を演算する。目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、エンジン目標出力Ｄ２４０とマッチングルートＭＬとが交差するマッチング点ＭＰ１のエンジン１７の回転速度である。マッチングルートＭＬは、エンジン１７がある出力で動作する際に燃料消費率が良い点を通るように設定されている。このため、目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、マッチングルートＭＬ上におけるエンジン目標出力Ｄ２４０とのマッチング点ＭＰ１で決定されるのが好ましい。

このように、本実施形態において、目標マッチング回転数Ｄ２６０は、原則としてエンジン目標出力Ｄ２４０と目標マッチングルートＭＬとの交点における回転速度である。エンジン最大出力Ｄ２３０は、図８に示すようにポンプ出力リミット値にファン馬力と発電機出力Ｄ３０３とを加算した値である。このエンジン最大出力Ｄ２３０を用いて図９に示すようにエンジン目標出力Ｄ２４０が決定される。さらに、図１１に示すように、目標マッチング回転数演算ブロック１６０にエンジン目標出力Ｄ２４０が入力されて、目標マッチング回転速度Ｄ２６０が決定される。また、発電電動機１９に要求される発電機出力Ｄ３０３によって目標マッチング回転速度Ｄ２６０の値は変化する。

発電電動機１９は、小さな発電トルクで発電すると効率が悪い。このため、図２に示すハイブリッドコントローラ２３ａは、発電電動機１９に発電させる場合、予め設定した最小発電トルク以上で発電するように制御する。この結果、発電電動機１９が発電しない状態（発電オフ）から発電する状態（発電オン）に切り替わる際に、発電のオンとオフとが最小発電トルクを境として切り替わるため、発電機出力Ｄ３０３は不連続に変化する。エンジン目標出力Ｄ２４０と目標マッチングルートＭＬとの交点でマッチング点を定めると、この発電機出力Ｄ３０３の不連続な変化に応じて、発電オン／オフの切り替えで目標マッチング回転数Ｄ２６０が大きく変動する可能性がある。

このため、目標マッチング回転数演算ブロック１６０は、最小発電出力演算ブロック３６２がエンジン回転数Ｄ１０７を用いて、式（３）から最小発電出力を求める。式（３）中、最小発電トルクは、値が負の設定値である。
最小発電出力（ｋＷ）＝２π／６０×エンジン回転数×最小発電トルク÷１０００・・・（３）

要求される発電機出力Ｄ３０３が、求められた最小発電出力よりも小さい場合、加算部３６５は、最小発電出力に対して不足する出力分を、エンジン目標出力Ｄ２４０に加算する。目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、加算部３６５が出力したエンジン目標出力を用いて、エンジン目標出力・目標マッチング回転速度変換テーブル２６０によって目標マッチング回転速度の候補値を演算する。このようにして、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、発電オン／オフにともなう目標マッチング回転数Ｄ２６０の変動を抑制する。

発電機出力Ｄ３０３の後段の最小値選択部（ＭＩＮ選択）３６１は、要求される発電機出力Ｄ３０３がない場合、例えば、エンジン１７の出力アシストを行う場合等に、ゼロ出力とするため、入力値とゼロ値３６０とを比較する。したがって、要求される発電機出力Ｄ３０３がない場合、エンジン目標出力Ｄ２４０に加算される値が存在しないようになる。また、要求される発電機出力Ｄ３０３が最小発電出力以上である場合において、最小発電出力に不足はないことから、エンジン目標出力Ｄ２４０に出力の加算は不要となる。したがって、最大値選択部（ＭＡＸ選択）３６４に負の値が入力されて、最大値選択部３６４は入力値とゼロ値３６３とを比較しが結果、最大値であるゼロを選択し、これを出力する。

エンジン目標出力・目標マッチング回転速度変換テーブル２６０は、図５に示すエンジン目標出力演算ブロック１４０が求めたエンジン目標出力Ｄ２４０の入力を受けて、エンジン目標出力Ｄ２４０とマッチングルートＭＬとのマッチング点ＭＰ１での目標マッチング回転速度ｎｐ１を求め、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２６１に出力する。

図１０に示したマッチング最小回転速度演算ブロック１５０の演算によれば、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅を小さくする場合、マッチング最小回転速度Ｄ１５０が、エンジン目標出力・目標マッチング回転速度変換テーブル２６０から求めたマッチング回転数よりも大きくなる。このため、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２６１は、マッチング最小回転速度Ｄ１５０と、エンジン目標出力Ｄ２４０から求められた目標マッチング回転速度ｎｐ１とを比較する。そして、最大値選択部２６１は、最大値を選択し目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値とすることで、目標マッチング回転速度ｎｐ１の下限を制限している。図３に示す例において、低速オフセット回転数を小とすれば、マッチングルートＭＬを外れるが、目標マッチング点はＭＰ１ではなくＭＰ３となって、目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、ｎｐ１ではなくｎｐ１’となる。

また、図５及び図６に示す無負荷最大回転速度演算ブロック１１０が求めた無負荷最大回転速度Ｄ２１０と同様に、目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、スロットル設定値Ｄ１０２によっても上限が制限される。目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、スロットルダイヤル・目標マッチング回転速度変換テーブル２６２を用いて、スロットル設定値Ｄ１０２を目標マッチング回転速度の候補値に変換する。スロットルダイヤル・目標マッチング回転速度変換テーブル２６２は、目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値を最小値選択部（ＭＩＮ選択）２６３に出力する。

最小値選択部２６３は、スロットルダイヤル・目標マッチング回転速度変換テーブル２６２空出力された目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値と、最大値選択部２６１で選択された目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値とを比較する。比較の結果、最小値選択部２６３は、両者のうち最小値を選択し、最終的な目標マッチング回転速度Ｄ２６０として出力する。本実施形態において、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１２は、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の制御フローを示す図である。図１２に示すように、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の平均部２７０は、２つの油圧ポンプ１８の斜板角センサ１８ａが検出した斜板角に基づいて求められたポンプ容量Ｄ１１０、Ｄ１１１を用いて、ポンプ容量Ｄ１１０、Ｄ１１１を平均した平均ポンプ容量を算出する。エンジン回転速度指令選択ブロック２７２は、平均部２７０が算出した平均ポンプ容量の大きさに応じて、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０（無負荷最大回転速度ｎｐ２）を求める。

この場合、エンジン回転速度指令選択ブロック２７２は、平均ポンプ容量が、ある設定値（閾値）よりも大きな場合は、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を無負荷最大回転速度ｎｐ２（Ｄ２１０）に近づけるようにする。つまり、エンジン１７の回転速度ｎを増大させる。一方、エンジン回転速度指令選択ブロック２７２は、平均ポンプ容量が、ある設定値よりも小さい場合は、無負荷最小回転速度ｎｍ１に近づけるよう、つまりエンジン１７の回転速度ｎを減少させる。

目標マッチング回転速度ｎｐ１（Ｄ２６０）とマッチング点ＭＰ１との交点から、マッチング点ＭＰ１を通る可変回転速度制限線ＶＬ２’’に沿って、トルクＴが０、すなわち横軸に向かって下ろした位置に相当するエンジン１７の回転速度を無負荷回転速度ｎｐ１ａとする。無負荷回転速度ｎｐ１ａに下限回転速度オフセット値Δｎｍを加えた値を、無負荷最小回転速度ｎｍ１とする。なお、目標マッチング回転速度Ｄ２６０に対応する無負荷回転速度ｎｐ１ａへの変換は、例えば、マッチング回転速度・無負荷回転速度変換テーブル２７１が行う。このように、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０は、ポンプ容量の状態によって、無負荷最小回転速度ｎｍ１と無負荷最大回転速度ｎｐ２との間で決まる。下限回転速度オフセット値Δｎｍは、予め設定された値であって、例えば、ポンプコントローラ３３の記憶装置に記憶されている。

具体的に説明すると、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０は、平均ポンプ容量が、ある設定値ｑ＿ｃｏｍ１よりも大きい場合には、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を無負荷最大回転速度ｎｐ２に近づけるようにする。また、平均ポンプ容量が、ある設定値ｑ＿ｃｏｍ１よりも小さい場合には、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０は、式（４）を用いて、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を求める
エンジン回転速度指令値Ｄ２７０＝目標マッチング回転速度ｎｐ１を無負荷回転速度ｎｐ１ａに変換した回転速度＋下限回転速度オフセット値Δｎｍ・・・（４）

エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０は、このようにして求められたエンジン回転速度指令値Ｄ２７０を用いて、可変回転速度制限線ＶＬ２を生成することができる。その結果、機関制御装置は、ポンプ容量に余裕がある場合（平均ポンプ容量がある設定値より小の場合）には、図３に示すように、エンジン１７の回転速度ｎを低下させる、すなわち、エンジン１７の回転速度を無負荷最小回転速度ｎｍ１にすることが可能になり、燃料消費を抑えて燃費向上が可能になる。設定値ｑ＿ｃｏｍ１は、予め設定された値であって、ポンプコントローラ３３のメモリに記憶されている。なお、設定値ｑ＿ｃｏｍ１は、エンジン１７の回転速度ｎが増加する側とエンジン１７の回転速度ｎが減少する側とに分けて２つの異なる設定値を設け、エンジン１７の回転速度が変化しない範囲を設けるようにしてもよい。本実施形態において、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１３は、ポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０の制御フローを示す図である。図１４は、トルク線図の一例を示す図である。本実施形態において、ポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。ポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０は、現在のエンジン回転速度Ｄ１０７と、エンジン目標出力Ｄ２４０と、目標マッチング回転速度Ｄ２６０とを用いて、ポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０を求める。ファン馬力演算ブロック２８０は、エンジン回転速度Ｄ１０７を用いてファン馬力を演算する。なお、ファン馬力は、先に述べた式（４）を用いて求められる。

ポンプ吸収トルク指令値を求める場合、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２は、エンジン目標出力Ｄ２４０からファン馬力のみでなく、発電機出力Ｄ３０３を減算した出力（ポンプ目標吸収馬力）を用いる。要求される発電機出力Ｄ３０３の値は負である。このため、最小値選択部（ＭＩＮ選択）３８１でゼロ値３８０との比較で最小値が選択されて、選択された最小値が演算部２８１によってエンジン目標出力Ｄ２４０に加算されるということは、実質的に、エンジン目標出力Ｄ２４０から発電機出力Ｄ３０３が減算されることになる。

発電オフの場合は、図１４に示すように、発電オフの場合におけるエンジン目標出力Ｄ２４０を示す第３等スロットル線ＥＬ３ｇと目標マッチングルートＭＬとの交点が目標マッチング点Ｍａとなる。発電オフの場合、前述した目標マッチング回転速度演算ブロック１６０によって演算された目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、目標マッチング点Ｍａであるときの回転速度ｎｐａとなる。

発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍで発電する場合、最小発電出力Ｐｍを満たすためのエンジン目標出力Ｄ２４０を示す第３等スロットル線ＥＬ３ｈとなる。この場合、第３等スロットル線ＥＬ３ｈと目標マッチングルートＭＬとの交点が目標マッチング点Ｍｂとなる。発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍで発電する場合、前述した目標マッチング回転速度演算ブロック１６０によって演算された目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、目標マッチング点Ｍａであるときの回転速度ｎｐａ’となる。

図１２に示したエンジン制御を実行しない場合、最小発電出力Ｐｍ未満の発電では実際の発電出力が小さい。このため、発電電動機１９の発電のオン／オフによって目標マッチング点はＭａとＭｂとの間を頻繁に移行するので、目標マッチング回転速度Ｄ２６０も頻繁に変化する。本実施形態では、発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍ未満で発電する場合、発電オフの際は予め目標マッチング回転速度をｎｐａ’にしている。このため、発電電動機１９の発電のオン／オフによって目標マッチング回転速度Ｄ２６０は変動しない。そして、発電オフ時の目標マッチング点は、第３等スロットル線ＥＬ３ｇと目標マッチング回転速度ｎｐａ’との交点Ｍａ’となる。

したがって、図１２に示したエンジン制御を実行しない場合、発電機出力Ｄ３０３の増大とともに、マッチング点がＭａ→Ｍｂ→Ｍｃのように移行してしまうが、本実施形態では、発電機出力Ｄ３０３の増大とともに、マッチング点はＭａ’→Ｍｂ→Ｍｃのように移行する。

減算部２８１は、エンジン目標出力演算ブロック１４０が求めたエンジン目標出力Ｄ２４０に最小値選択部３８１の出力値を加算した値から、ファン馬力を減算した出力（ポンプ目標吸収馬力）を求める。そして、減算部２８１は、求めた値を、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２に入力する。この目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２には、さらに、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０で求められた目標マッチング回転速度Ｄ２６０が入力される。目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、油圧ポンプ１８の目標マッチング回転速度（ポンプ目標マッチング回転速度）とされる。そして、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２は、式（５）に示すポンプ目標マッチングトルクを演算する。ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２が演算したポンプ目標マッチングトルクは、ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３に出力される。
ポンプ目標マッチングトルク＝（６０×１０００×（エンジン目標出力−ファン馬力））／（２π×目標マッチング回転速度）・・・（５）

ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３には、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２から出力されたポンプ目標マッチングトルクと、図２に示す回転速度検出センサ１７Ｃが検出したエンジン回転速度Ｄ１０７と、目標マッチング回転速度Ｄ２６０とが入力される。ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３は、式（５）に示す次式に示すポンプ吸収トルクを演算する。式（６）中のＫｐは、制御ゲインである。ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３は、演算結果であるポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０を出力する。
ポンプ吸収トルク＝ポンプ目標マッチングトルク−Ｋｐ×（目標マッチング回転速度−エンジン回転数）・・・（６）

このような制御フローにより、現在のエンジン回転速度Ｄ１０７が目標マッチング回転速度Ｄ２６０に比して大きい場合には、上記の式から分かるように、ポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０は増加する。現在のエンジン回転速度Ｄ１０７が目標マッチング回転速度Ｄ２６０に比して小さい場合には、ポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０は減少する。一方、エンジン１７の出力は、エンジン目標出力Ｄ２４０が上限となるように制御されるため、結果としてエンジン１７の回転速度ｎは、目標マッチング回転速度Ｄ２６０近傍の回転数で安定することになる。

エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０では、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０の最小値は、前述したように、式（３）で求めることができる。目標マッチング回転速度Ｄ２６０に対して可変回転速度制限線ＶＬ２は、最低でも下限回転速度オフセット値Δｎｍが加算された高い回転速度に設定される。このため、本実施形態によれば、油圧ポンプ１８の実際の吸収トルク（ポンプ実吸収トルク）がポンプ吸収トルク指令に対して多少ばらついた場合でも、可変回転速度制限線ＶＬ２にはかからない範囲でマッチングすることになる。また、本実施形態は、第３等スロットル線ＥＬ３上にエンジン１７の出力を一定に制御しているため、エンジン１７のマッチング回転速度が多少変動した場合又は実際の吸収トルク（ポンプ実吸収トルク）がポンプ吸収トルク指令に対してばらつきを生じた場合であっても、エンジン１７の出力の変動を小さくすることができる。この結果、燃費のばらつきも小さく抑えることができ、油圧ショベル１の燃費に対する仕様を満たすことができる。燃費に対する仕様とは、例えば、従来の油圧ショベルに比べて、燃費を１０％低減可能といった仕様である。

以上、本実施形態は、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び両者を補間して得られる第３等スロットル線ＥＬ３の情報と、スロットルの指示値とに基づいて、エンジン１７の運転状態を制御する。このため、本実施形態は、比較的簡易に生成できるスロットルの指示値を用いてエンジン１７の運転状態を制御できるので、エンジン１７の運転状態を制御する際の自由度及び汎用性が向上する。

以上説明したように、本実施形態は、作業機械としての油圧ショベル１に搭載されるエンジン１７を制御するにあたって、燃料調整ダイヤルによる指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンコントローラ３０に与えてエンジン１７を制御できるようにすることができる。また、本実施形態は、油圧ショベル１に搭載されるエンジンに対する新たな制御装置及び制御方法を提案することができる。

本実施形態に係るエンジン１７の制御は、スロットルの設定値（指令値）のみによってエンジン１７の運転状態を制御できる。したがって、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、ポンプコントローラ３３又は他の制御装置を用いなくても、スロットルの設定値のみを生成することによってエンジン１７を制御できるので、エンジン１７の運転状態を制御する際の自由度及び汎用性が向上する。スロットルの設定値は、０％から１００％の間における百分率で表されるため、比較的簡単に生成される。このため、スロットルの設定値を用いることによって、比較的簡単にエンジン１７を制御できる。

本実施形態において、第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の出力が一定となるように定められた等馬力線であり、定格出力となる回転速度における出力が、定格出力よりも大きくなるように定められる。第２等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７の摩擦トルクＴｆに基づき、エンジン１７の回転速度ｎが増加するにしたがって、トルクＴが一次関数にしたがって減少するように定められる。第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して得られる。このようにすることで、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係を前述した関係とすることができる。

本実施形態に係るエンジン１７の制御では、マッチングルートＭＬで等馬力線ＥＰと第３等スロットル線ＥＬ３とを一致させている。また、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが大きい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、第３等スロットル線ＥＬ３の方が等馬力線ＥＰよりも大きくしている。さらに、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが小さい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、等馬力線ＥＰの方が第３等スロットル線ＥＬ３よりも大きくしている。本実施形態に係るエンジン１７の制御では、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係をこのような関係としている。その結果、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、作業機３に対する負荷が低下した後に油圧ポンプ１８の流量が必要である場合は、作動油の流量を確保しつつ、エンジン１７の燃費を向上させることができる。また、作動油に高い圧力が求められる場合、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄを用いるので、エンジン１７はより大きなトルクＴを発生できる。

可変回転速度制限線ＶＬ２は、傾きをｈ１を有しているため、第３等スロットル線ＥＬ３とのマッチングを取りやすいという利点がある。

本実施形態に係るエンジン１７の制御において、第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の各回転速度ｎにおいて、エンジン１７の最大トルク線ＴＬよりもトルクＴが高くなっている。このようにすることで、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、他の制御装置との間で通信の遅れが発生したり、エンジン１７の使用環境が変動したりした場合に、エンジン１７の出力が最大トルク線ＴＬで規定される値を超える可能性を低減することができる。その結果、エンジン１７は、過負荷で使用される可能性が低減される。

本実施形態に係るエンジン１７の制御を実行する場合、エンジン１７の回転速度を素早く増加させる必要がある。エンジン１７の目標マッチング回転速度Ｄ２６０と実際のエンジンの回転速度ｎとの偏差が大きい場合、エンジン１７の回転速度ｎを増速する必要がある。本実施形態において、エンジン１７は、出力シャフトに発電電動機１９が連結されているため、発電電動機１９を力行させることにより、エンジン１７の回転速度ｎを増速することができる。その結果、油圧ショベルの作業性を確保することができる。このように、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、ハイブリッド方式の作業機械に好適である。

本実施形態においては、エンジン１７を備えた油圧ショベル１を作業車両の例としたが、本実施形態が適用できる作業車両はこれに限定されない。例えば、作業車両は、ホイールローダ、ブルドーザ及びダンプトラック等であってもよい。作業機械が搭載するエンジンの種類も限定されない。また、作業機械は、ハイブリッド方式でなくてもよい。

以上、本実施形態を説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 油圧ショベル
１ＰＳ 駆動システム
２ 車両本体
３ 作業機
４ 下部走行体
５ 上部旋回体
１４ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
１５ アームシリンダ（油圧シリンダ）
１６ バケットシリンダ（油圧シリンダ）
１７ エンジン
１７Ｓ 回転速度検出センサ
１８ 油圧ポンプ
１８ａ 斜板角センサ
２０ コントロールバルブ
２０ａ ポンプ圧検出部
２７ レバー操作量検出部
２７Ｓ 圧力センサ
２８ スロットルダイヤル
３０ エンジンコントローラ
３１ 旋回油圧モータ
３２ コモンレール制御部
３３ ポンプコントローラ
ＥＬ１ 第１等スロットル線
ＥＬ２ 第２等スロットル線
ＥＬ３ 第３等スロットル線
ＥＰ 等馬力線
ＭＬ マッチングルート

特開２０１４−２４１５８５号公報

機関制御装置がエンジン１７の運転状態を制御するにあたり、エンジンコントローラ３０は、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２、エンジン１７の最大トルク線ＴＬ及び制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬの情報を、自身の記憶装置に記憶している。なお、本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、少なくとも、第１等スロットル線ＥＬ１及び第２等スロットル線ＥＬ２の情報を、自身の記憶装置に記憶していればよい。この場合、エンジンコントローラ３０は、入力されたスロットルダイヤル２８の設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して求める。そして、エンジンコントローラ３０は、補間によって求められた第３等スロットル線ＥＬ３を用いてエンジン１７の運転状態を制御する。なお、エンジンコントローラ３０は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して求められた第３等スロットル線ＥＬ３を、自身の記憶装置に記憶していてもよい。

本実施形態においては、マッチングルートＭＬで等馬力線ＥＰと第３等スロットル線ＥＬ３とを一致させている。また、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが小さい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、第３等スロットル線ＥＬ３の方が等馬力線ＥＰよりも大きくなっている。さらに、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが大きい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、等馬力線ＥＰの方が第３等スロットル線ＥＬ３よりも大きくなっている。本実施形態において、機関制御装置は、前述したように、油圧ショベル１の作業機３に負荷が作用した後、その負荷が低下した場合に、無負荷最大回転速度ｎｐ２に基づく可変回転速度制限線ＶＬ２と第３等スロットル線ＥＬ３ｄとのマッチング点ＭＰ２でエンジン１７を制御する。

図６に示す無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、各レバー値信号Ｄ１００の操作量、油圧ポンプ１８の吐出圧力であるＲポンプ圧力Ｄ１０４、Ｆポンプ圧力Ｄ１０５及びモード切替部２９によって設定された作業モードＤ１０３の４つの情報を用いて、油圧ショベル１のオペレータが、現在どのような操作パターン（作業パターン）を実行しているかを判定する。無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、その判定結果に基づき、予め設定されている操作パターンに対する無負荷回転速度リミット値を選択し決定する。

第１最小値選択部２１４は、レバー値信号Ｄ１００から求められた無負荷回転速度と無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０が求めた無負荷回転速度リミット値とスロットル設定値Ｄ１０２から求めた無負荷回転速度の候補値との３つの値の中から最小値を選択する。第１最小値選択部２１４が選択した値は、第２最小値選択部（ＭＩＮ選択）２１５に出力される。第２最小値選択部２１５は、第１最小値選択部２１４が選択した値と、油圧ショベル１の作業モード制限値Ｄ１１２とを比較する。比較の結果、第２最小値選択部２１５は、両者の最小値を無負荷最大回転速度Ｄ２１０（ｎｐ２）として出力する。作業モード制限値Ｄ１１２は、油圧ショベル１の運転モードによって決定される、エンジン１７の回転速度ｎの上限値である。作業モードがパワーモードである場合、作業モードがエコノミーモードである場合と比較して作業モード制限値Ｄ１１２は大きくなる。

電気で駆動される旋回モータ２４を搭載したハイブリッド方式の油圧ショベル１は、上部旋回体５を旋回させるときの駆動源として、油圧を必要としない。このため、油圧ポンプ１８から吐出される作動油のうち、旋回の駆動分の油圧ポンプ１８からの作動油吐出流量を減らしてもよい。減算部３１１は、スロットル設定値Ｄ１０２に基づきスロットルダイヤル・無負荷回転速度変換テーブル２１３によって求められる無負荷回転速度の候補値から、旋回モータ回転速度Ｄ３０１に基づき旋回モータ回転速度・無負荷回転速度削減量変換テーブル３１０によって求められる無負荷回転速度削減量を減算する。減算部３１１が出力した回転速度を、無負荷最大回転速度Ｄ２１０の候補値としている。最大値選択部（ＭＡＸ選択）３１３は、減算部３１１が出力した回転速度とゼロ値３１２との最大値選択を行う。このような処理によって、第１最小値選択部２１４へ負の値が与えられないようにすることができる。

エンジン最大出力演算ブロック１３０は、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０による演算と同様に、各レバー値信号Ｄ１００の操作量とＲポンプ圧力Ｄ１０４、Ｆポンプ圧力Ｄ１０５と作業モードＤ１０３の設定値の情報を用いて、現在の操作パターンを判定し、その操作パターン毎にポンプ出力リミット値を選択する。

旋回モータ回転速度・マッチング最小回転速度変換テーブル２５０は、旋回モータ回転数Ｄ３０１をマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値として変換してから、最大値選択部２５５に出力する。旋回モータ回転数Ｄ３０１は、図２の旋回モータ２４の旋回モータ回転速度をレゾルバ又はロータリーエンコーダ等の回転センサで検出した値である。この旋回回転速度・マッチング最小回転速度変換テーブル２５０は、旋回モータ回転数Ｄ３０１がゼロのとき、マッチング最小回転速度を大きくし、旋回モータ回転数Ｄ３０１が大きくなるにしたがってマッチング最小回転速度を小さくするような特性で旋回モータ回転数Ｄ３０１をマッチング最小回転速度に変換する。最大値選択部２５５は、これらのマッチング最小回転速度並びに減算部２５４及び発電機出力・マッチング回転数変換テーブル３５１から出力されたマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値から最大値を選択して、マッチング最小回転速度Ｄ１５０として出力する。

最小値選択部２６３は、スロットルダイヤル・目標マッチング回転速度変換テーブル２６２から出力された目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値と、最大値選択部２６１で選択された目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値とを比較する。比較の結果、最小値選択部２６３は、両者のうち最小値を選択し、最終的な目標マッチング回転速度Ｄ２６０として出力する。本実施形態において、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１２は、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の制御フローを示す図である。図１２に示すように、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の平均部２７０は、２つの油圧ポンプ１８の斜板角センサ１８ａが検出した斜板角に基づいて求められたＲポンプ容量Ｄ１１０、Ｆポンプ圧力Ｄ１１１を用いて、Ｒポンプ容量Ｄ１１０、Ｆポンプ容量Ｄ１１１を平均した平均ポンプ容量を算出する。エンジン回転速度指令選択ブロック２７２は、平均部２７０が算出した平均ポンプ容量の大きさに応じて、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を求める。

発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍで発電する場合、最小発電出力Ｐｍを満たすためのエンジン目標出力Ｄ２４０は、第３等スロットル線ＥＬ３ｈとなる。この場合、第３等スロットル線ＥＬ３ｈと目標マッチングルートＭＬとの交点が目標マッチング点Ｍｂとなる。発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍで発電する場合、前述した目標マッチング回転速度演算ブロック１６０によって演算された目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、目標マッチング点Ｍａであるときの回転速度ｎｐａ’となる。

ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３には、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２から出力されたポンプ目標マッチングトルクと、図２に示す回転速度検出センサ１７Ｃが検出したエンジン回転速度Ｄ１０７と、目標マッチング回転速度Ｄ２６０とが入力される。ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３は、式（６）に示すポンプ吸収トルクを演算する。式（６）中のＫｐは、制御ゲインである。ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３は、演算結果であるポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０を出力する。
ポンプ吸収トルク＝ポンプ目標マッチングトルク−Ｋｐ×（目標マッチング回転速度−エンジン回転数）・・・（６）

可変回転速度制限線ＶＬ２は、傾きｈ１を有しているため、第３等スロットル線ＥＬ３とのマッチングを取りやすいという利点がある。

本発明は、油圧ショベル、ブルドーザ、ダンプトラック及びホイールローダ等の建設機械を含む作業機械が備える内燃機関を制御する技術に関する。

作業機械は、走行のための動力又は作業機を動作のための動力を発生する動力発生源として、例えば、内燃機関を備える。内燃機関としては、例えば、ディーゼルエンジン（以下、適宜エンジンという）が用いられる。作業機械のエンジンを制御する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているような技術が知られている。

特開２０１２−２４１５８５号公報

エンジンを制御する際の汎用性を向上させるため、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）による指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンの制御装置に与えて制御したい要請がある。特許文献１に記載された技術は、等馬力曲線を用いてエンジンを制御するため、このような要請に対応することはできず、改善の余地がある。

本発明は、作業機械に搭載されるエンジンを制御するにあたって、燃料調整ダイヤルによる指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンの制御装置に与えてエンジンを制御できるようにすることを目的とする。

本発明は、作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、の補間関係から得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、前記内燃機関の回転速度に対する出力が一定となるように定められた前記内燃機関の回転速度と前記内燃機関のトルクについての第４の関係と、前記第３の関係と前記第４の関係とが交差する部分より前記内燃機関の高回転速度側において前記第４の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクの関係が小さくなるように前記第３の関係を規定し、規定された前記第３の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置である。

前記内燃機関の制御装置は、前記第３の関係と前記第４の関係とが交差する部分より低回転速度側において、前記第４の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクが大きくなるように前記第３の関係を規定し、規定された前記第３の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

前記内燃機関の制御装置は、前記第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係とが交差する部分を通るときの前記第３の関係を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

前記内燃機関の制御装置は、前記第３の関係と前記第５の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

前記内燃機関の制御装置は、さらに、前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第６の関係を用いて、前記第４の関係と前記第５の関係とが交差する部分を通るときの前記第３の関係を用いた制御中に前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を、前記第３の関係と前記第６の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように制御することが好ましい。

前記第６の関係は、前記回転速度の増加とともに、前記トルクが小さくなる関係であることが好ましい。

前記第１の関係は、前記内燃機関が実際に出力できる上限値よりも大きい出力となるように定められることが好ましい。

本発明は、内燃機関と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、の補間関係から得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係が、前記内燃機関の出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係とが交差する部分を通るときの前記第３の関係での回転速度及びトルクとなるように、前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関の制御装置と、を含み、前記内燃機関の制御装置は、前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第６の関係を用いて、前記第４の関係と前記第５の関係とが交差する部分を通るときの前記第３の関係を用いた制御中に前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を、前記第３の関係と前記第６の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように制御する、作業機械である。

前記内燃機関と、前記内燃機関によって駆動される発電電動機と、電力を蓄える蓄電装置と、前記発電電動機が発電した電力又は前記蓄電装置から放電される電力が供給されて駆動する電動機と、前記内燃機関の制御装置とを含むことが好ましい。

本発明は、作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、前記作業機械の運転状態を検出し、検出した前記運転状態を基に、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、の補間関係から得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、前記内燃機関の回転速度に対する出力が一定となるように定められた前記内燃機関の回転速度と前記内燃機関のトルクについての第４の関係と、前記第３の関係と前記第４との関係が交差する部分より前記内燃機関の高回転速度側において前記第４の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクの関係が小さくなるように第３の関係を規定し、規定された前記第３の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御方法である。

前記第３の関係と前記第４の関係とが交差する部分より低回転速度側において、前記第４の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクが大きくなるように前記第３の関係を規定し、規定された前記第３の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

前記内燃機関の運転状態を制御する場合、前記第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係とが交差する部分を通るときの前記第３の関係を、前記第４の関係に対応する出力を前記内燃機関に発生させるために用いることが好ましい。

前記内燃機関の運転状態を制御する場合、前記第３の関係と前記第５の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御することが好ましい。

本発明は、作業機械に搭載されるエンジンを制御するにあたって、燃料調整ダイヤルによる指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンの制御装置に与えてエンジンを制御できるようにすることができる。

図１は、本実施形態に係る油圧ショベルを示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの駆動システムを示す概略図である。 図３は、本実施形態に係るエンジンの制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。 図４は、マッチングルートを説明するための図である。 図５は、エンジンの制御フローを示す図である。 図６は、無負荷最大回転速度演算ブロックを示す図である。 図７は、エンジン最小出力演算ブロックの制御フローを示す図である。 図８は、エンジン最大出力演算ブロックの制御フローを示す図である。 図９は、エンジン目標出力演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１０は、マッチング最小回転速度演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１１は、目標マッチング回転速度演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１２は、エンジン回転速度指令値演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１３は、ポンプ吸収トルク指令値演算ブロックの制御フローを示す図である。 図１４は、トルク線図の一例を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１を示すブロック図である。以下において、作業機械として油圧ショベル１を例として説明する。本実施形態において、作業機械は、動力発生源として内燃機関を備えていればよく、油圧ショベル１に限定されるものではない。

＜油圧ショベル１＞
この油圧ショベル１は、車両本体２と作業機３とを備えている。車両本体２は、下部走行体４と上部旋回体５とを有する。下部走行体４は、一対の走行装置４ａ、４ａを有する。各走行装置４ａ、４ａは、それぞれ履帯４ｂ、４ｂを有する。各走行装置４ａ、４ａは、走行モータ２１を有する。図１に示す走行モータ２１は、左側の履帯４ｂを駆動する。図１には記載されていないが、油圧ショベル１は、右側の履帯４ｂを駆動する走行モータも有している。左側の履帯４ｂを駆動する走行モータを左走行モータ、右側の履帯４ｂを駆動する走行モータを右走行モータという。右走行モータと左走行モータとは、それぞれ履帯４ｂ、４ｂを駆動することによって、油圧ショベル１を走行又は旋回させる。

上部旋回体５は、下部走行体４上に旋回可能に設けられている。油圧ショベル１は、上部旋回体５を旋回させるための旋回モータによって旋回する。旋回モータは、作動油の圧力（油圧）を回転力に変換する油圧モータであってもよいし、電力を回転力に変換する電動モータであっても、油圧モータと電動モータとの組合せであってもよい。本実施形態において、旋回モータは電動モータである。

上部旋回体５は、運転室６を備える。さらに、上部旋回体５は、燃料タンク７と作動油タンク８とエンジン室９とカウンタウェイト１０とを有する。燃料タンク７は、エンジンを駆動するための燃料を貯める。作動油タンク８は、油圧ポンプからブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６の油圧シリンダ、走行モータ２１及び旋回モータ等の油圧機器へ吐出される作動油を貯める。エンジン室９は、エンジン及び油圧ポンプ等の機器を収納する。カウンタウェイト１０は、エンジン室９の後方に配置される。

作業機３は、上部旋回体５の前部中央位置に取り付けられる。作業機３は、ブーム１１、アーム１２、バケット１３、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６を有する。ブーム１１の基端部は、上部旋回体５に対してピン結合される。このような構造により、ブーム１１は、上部旋回体５に対して回動する。

ブーム１１は、アーム１２とピン結合される。具体的には、ブーム１１の先端部とアーム１２の基端部とがピン結合される。アーム１２の先端部とバケット１３とは、ピン結合される。このような構造により、アーム１２はブーム１１に対して回動する。また、バケット１３は、アーム１２に対して回動する。

ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６は、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動する油圧シリンダである。ブームシリンダ１４は、ブーム１１を動作させる。アームシリンダ１５は、アーム１２を動作させる。バケットシリンダ１６は、バケット１３を動作させる。

（油圧ショベル１の駆動システム１ＰＳ）
図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１の駆動システムを示す概略図である。本実施形態において、油圧ショベル１は、エンジンと、このエンジンによって駆動されて発電する発電電動機と、電力を蓄える蓄電装置と、発電電動機１９が発電した電力又は蓄電装置から放電される電力が供給されて駆動する電動機とを組み合わせたハイブリッド方式の作業機械である。具体的には、油圧ショベル１は、上部旋回体５を電動機（以下、適宜旋回モータという）で旋回させる。

油圧ショベル１は、エンジン１７、油圧ポンプ１８、発電電動機機１９及び旋回モータ２４を有する。エンジン１７は、油圧ショベル１の動力発生源であり、内燃機関である。本実施形態において、エンジン１７はディーゼルエンジンである。発電電動機１９は、エンジン１７の出力シャフトに連結されている。このような構造により、発電電動機１９は、エンジン１７によって駆動されて電力を発生する。発電電動機１９は、例えば、ＳＲ（スイッチドリラクタンス）モータが用いられる。発電電動機１９は、本実施形態のように、エンジン１７の出力シャフトに直結されていてもよいし、エンジン１７の出力シャフトに接続された減速機等の伝達手段を介して駆動されてもよい。

油圧ポンプ１８は、油圧機器に作動油を供給する。本実施形態において、油圧ポンプ１８は、例えば、斜板式油圧ポンプのような可変容量型油圧ポンプが用いられる。油圧ポンプ１８の入力部１８Ｉは、発電電動機１９のロータに連結された動力伝達シャフト１９Ｓに連結されている。このような構造により、油圧ポンプ１８は、エンジン１７によって駆動される。

駆動システム１ＰＳは、旋回モータ２４を駆動させるための電動駆動システムとして、蓄電装置としてのキャパシタ２２及び制御装置としてのインバータ２３を備える。発電電動機１９が発電した電力又はキャパシタ２２から放電される電力が、電力ケーブルを介して旋回モータ２４に供給されて図１に示す上部旋回体５を旋回させる。すなわち、旋回モータ２４は、発電電動機１９から供給（発電）される電力又はキャパシタ２２から供給（放電）される電力で力行動作することで上部旋回体５を旋回させる。旋回モータ２４は、上部旋回体５が減速する際に回生動作することによって電力をキャパシタ２２に供給（充電）する。また、発電電動機１９は、自身が発電した電力をキャパシタ２２供給（充電）する。すなわち、キャパシタ２２は、発電電動機１９が発電した電力を蓄えることもできる。

キャパシタ２２は、例えば、電気二重層キャパシタが用いられる。キャパシタ２２に代えて、ニッケル水素バッテリ又はリチウムイオンバッテリが蓄電装置として用いられてもよい。旋回モータ２４には、回転センサ２５ｍが設けられている。回転センサ２５ｍは、旋回モータ２４の回転速度を検出する。回転センサ２５ｍは、検出した回転速度を電気信号に変換して、インバータ２３内に設けられたハイブリッドコントローラ２３ａに出力する。旋回モータ２４としては、例えば、埋め込み磁石同期電動機が用いられる。回転センサ２５ｍとして、例えば、レゾルバ又はロータリーエンコーダ等が用いられる。

本実施形態において、ハイブリッドコントローラ２３ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置及びメモリ（記憶装置）を備えたマイクロコンピュータである。ハイブリッドコントローラ２３ａは、発電電動機１９及び旋回モータ２４並びにキャパシタ２２及びインバータ２３に備えられた、サーミスタ又は熱電対等の温度センサによる検出値の信号を取得する。そして、ハイブリッドコントローラ２３ａは、取得した温度に基づいて、キャパシタ２２等の各機器の温度を管理するとともに、キャパシタ２２の充放電制御及び発電電動機１９による発電・エンジンのアシスト制御、旋回モータ２４の力行・回生制御を実行する。

駆動システム１ＰＳは、図１に示す車両本体２に設けられた運転室６内のオペレータ着座位置に対して左右の位置に設けられる作業機、走行の操作を行う操作レバー２６Ｒ、２６Ｌを備え、それぞれの操作に応じて作業機及び上部旋回体を駆動する。操作レバー２６Ｒ、２６Ｌの操作量に基づいてパイロット油圧が生成される。パイロット油圧は、後述するコントロールバルブに供給される。コントロールバルブは、パイロット圧力に応じ各作業機のスプールが駆動され、スプールの移動にともないブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６へ作動油を供給する。その結果、例えば、操作レバー２６Ｒの前後左右の操作に応じてブーム１１の上下動作、バケット１３の掘削・ダンプが行われる。また、例えば、操作レバー２６Ｌの前後操作により、アーム１２の掘削・ダンプ操作が行われる。また、操作レバー２６Ｒ、２６Ｌの操作量は、レバー操作量検出部２７によって電気信号に変換される。レバー操作量検出部２７は、圧力センサ２７Ｓを備える。圧力センサ２７Ｓは、操作レバー２６の操作に応じて発生するパイロット油圧を検知する。圧力センサ２７Ｓは、検知したパイロット油圧に対応した電圧を出力する。レバー操作量検出部２７は、圧力センサ２７Ｓが出力した電圧を操作量に換算することによって、レバー操作量を求める。

レバー操作量検出部２７は、レバー操作量を電気信号としてポンプコントローラ３３又はハイブリッドコントローラ２３へ出力する。操作レバー２６が電気式レバーである場合、レバー操作量検出部２７は、ポテンショメータ等の電気式の検出装置を備える。レバー操作量検出部２７は、レバー操作量に応じて電気式の検出装置が生成した電圧をレバー操作量に換算して、レバー操作量を求める。その結果、例えば、操作レバー２６Ｌの左右操作によって旋回モータ２４が駆動される。また図示しない左右の走行レバーにより、走行モータ２１が駆動される。

燃料調整ダイヤル（以下、適宜スロットルダイヤルという）２８及びモード切替部２９は、図１に示す運転室６内に設けられる。スロットルダイヤル２８は、エンジン１７への燃料供給量を設定する。スロットルダイヤル２８の設定値（指令値）は、電気信号に変換されてエンジンの制御装置（以下、適宜エンジンコントローラという）３０に出力される。

エンジンコントローラ３０は、エンジン１７から出力された、図示しない各センサからエンジン１７の回転速度及び水温等のセンサの出力値を取得する。そして、エンジンコントローラ３０は、取得したセンサの出力値からエンジン１７の状態を把握し、エンジン１７に対する燃料の噴射量を調整することで、エンジン１７の出力を制御する。また、エンジンコントローラ３０は、エンジン１７の後処理装置として設置される、図示しない粒子状物質除去装置及び脱硝装置の温度及び圧力等の状態を観察する。そして、エンジンコントローラ３０は、粒子状物質除去装置及び脱硝装置の管理のために、エンジン１７に対して燃料を噴射させるための指令を出力する。本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、ＣＰＵ等の演算装置及びメモリ（記憶装置）を備える。

エンジンコントローラ３０は、スロットルダイヤル２８の設定値に基づいて、制御指令の信号を生成する。エンジンコントローラ３０は、生成した制御信号をコモンレール制御部３２に送信する。この制御信号を受信したコモンレール制御部３２は、エンジン１７に対する燃料噴射量を調整する。すなわち、エンジン１７は、コモンレール式による電子制御が可能なエンジンである。エンジンコントローラ３０は、コモンレール制御部３２を介してエンジン１７への燃料噴射量を適切に制御することで、目標の出力をエンジン１７に発生させることができる。また、エンジンコントローラ３０は、ある瞬間のエンジン回転速度において出力可能なトルクを自由に設定することもできる。

モード切替部２９は、油圧ショベル１の作業モードをパワーモード又はエコノミーモードに設定する部分である。モード切替部２９は、例えば、運転室６中に設けられる操作ボタン、スイッチ又はタッチパネルを備えている。油圧ショベル１のオペレータは、モード切替部２９が備える操作ボタン等を操作することで、油圧ショベル１の作業モードを切り替えることができる。

油圧ショベル１の作業モードとしては、例えば、パワーモード及びエコノミーモードがある。本実施形態において、パワーモードとは、油圧ショベル１が大きな作業量を維持しながら燃費を抑えたエンジン制御及びポンプ制御を行う作業モードである。エコノミーモードとは、パワーモードよりもさらに燃費を抑えつつ軽負荷作業で作業機３の動作速度を確保するようにエンジン制御及びポンプ制御を行う作業モードである。モード切替部２９によって作業モードが設定されると、設定された作業モードに対応した電気信号がエンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３に出力される。

ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を制御する。本実施形態において、ポンプコントローラ３３は、ＣＰＵ等の演算装置及びメモリ（記憶装置）を備えたマイクロコンピュータである。ポンプコントローラ３３は、エンジンコントローラ３０、モード切替部２９及びレバー操作量検出部２７から送信された信号を受信する。そして、ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を調整するための制御指令の信号を生成する。ポンプコントローラ３３は、生成した制御信号を用いて油圧ポンプ１８の斜板角を変更することにより、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を変更する。

ポンプコントローラ３３には、油圧ポンプ１８の斜板角を検出する斜板角センサ１８ａからの信号が入力される。斜板角センサ１８ａが斜板角を検出することで、ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８のポンプ容量を演算することができる。コントロールバルブ２０内には、油圧ポンプ１８の吐出圧力（以下、適宜ポンプ吐出圧力という）を検出するためのポンプ圧検出部２０ａが設けられている。検出されたポンプ吐出圧力は、電気信号に変換されてポンプコントローラ３３に入力される。

エンジンコントローラ３０とポンプコントローラ３３とハイブリッドコントローラ２３ａとは、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）のような車内ＬＡＮ（Local Area Network）で接続されている。このような構造により、エンジンコントローラ３０とポンプコントローラ３３とハイブリッドコントローラ２３ａとは、相互に情報の授受を行うことができる。

本実施形態において、少なくともエンジンコントローラ３０がエンジン１７の運転状態を制御する。この場合、エンジンコントローラ３０は、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３ａのうち少なくとも一方が生成した情報も用いてエンジン１７の運転状態を制御する。このように、本実施形態においては、エンジンコントローラ３０、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３ａのうち少なくとも１つが、内燃機関の制御装置として機能する。すなわち、これらのうち少なくとも１つが本実施形態に係る内燃機関の制御方法を実現して、エンジン１７の運転状態を制御する。以下において、エンジンコントローラ３０、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３ａを区別しない場合、これらを機関制御装置ということもある。

エンジン１７は、回転速度検出センサ１７Ｃを備えている。回転速度検出センサ１７Ｃは、エンジン１７の出力シャフト１７Ｓの回転速度、すなわち、出力シャフト１７Ｓの単位時間あたりの回転数を検出する。エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３は、回転速度検出センサ１７Ｃが検出したエンジン１７の回転速度を取得し、エンジン１７の運転状態の制御に用いる。本実施形態において、回転速度検出センサ１７Ｃは、エンジン１７の回転数を検出し、エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３が回転数を回転速度に変換するものであってもよい。次に、本実施形態に係るエンジン１７の制御について説明する。

＜エンジン１７の制御について＞
図３は、本実施形態に係るエンジン１７の制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。トルク線図は、エンジン１７の出力シャフト１７ＳのトルクＴ（Ｎ×ｍ）と、出力シャフト１７Ｓの回転速度ｎ（ｒｐｍ：ｒｅｖ／ｍｉｎ）との関係を示している。図３には、等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆと、等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆと、制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬと、エンジン１７の最大トルク線ＴＬと、ポンプ吸収トルク線ＰＬと、マッチングルートＭＬとが示されている。

等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、燃料調整ダイヤル、すなわち、スロットルダイヤル２８の設定値（スロットル開度）が等しい場合のトルクＴと回転速度ｎとの関係を示している。スロットルダイヤル２８の設定値とは、コモンレール制御部３２がエンジン１７に噴射する燃料の噴射量を規定するための指令値である。

本実施形態において、スロットルダイヤル２８の設定値は、エンジン１７に対する燃料噴射量が０の場合を０％、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大となる場合を１００％とした百分率によって表される。本実施形態において、機関制御装置がエンジン１７の運転状態を制御するときには、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大となる場合を、エンジン１７が最大出力となる場合に対応させている訳ではない。

等スロットル線ＥＬ１は、スロットルダイヤル２８の設定値が１００％、すなわち、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大となる場合に対応する。等スロットル線ＥＬ２は、スロットルダイヤル２８の設定値が０％となる場合に対応する。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、この順に、スロットルダイヤル２８の設定値が大きい値に対応する。

等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３ａ〜ＥＬ３ｆは、エンジン１７の回転速度ｎが同一である場合において比較すると、等スロットル線ＥＬ１の燃料噴射量が最大になり、等スロットル線ＥＬ２の燃料噴射量が最小、すなわち０になる。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、この順に燃料噴射量が大きくなる。

すなわち、等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の回転速度ｎが同一である場合において、エンジン１７に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応した、トルクＴと回転速度ｎとの第１の関係を表している。以下において、等スロットル線ＥＬ１を、適宜第１等スロットル線ＥＬ１という。

等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７の回転速度ｎが同一である場合において、エンジン１７に対する燃料噴射量が０になる場合に対応した、トルクＴと回転速度ｎとの第２の関係を表している。等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７のトルクＴが０、かつ回転速度ｎが０を起点として、エンジン１７の回転速度ｎが増加するにしたがって、エンジン１７のトルクＴが低下するように定められている。トルクＴが低下する割合は、エンジン１７の内部摩擦によって発生する摩擦トルクＴｆに基づいて定められる。以下において、等スロットル線ＥＬ２を、適宜第２等スロットル線ＥＬ２という。

摩擦トルクＴｆは、エンジン１７の内部摩擦による損失に対応する。図３に示すトルク線図においては、エンジン１７が出力するトルクを正としている。このため、図３に示すトルク線図において、摩擦トルクＴｆは負の値となる。摩擦トルクＴｆは、回転速度ｎの増加とともに大きくなる。第２等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７のそれぞれの回転速度ｎに対する摩擦トルクＴｆの関係から求めることができる。

等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との間に存在する。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との値から得られる、トルクＴと回転速度ｎとの第３の関係を表している。本実施形態において、等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆは、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との値が補間されることにより得られる。補間としては、例えば、線形補間等が用いられる。等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆを求める方法は、補間に限定されるものではない。

以下において、等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆを、適宜第３等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆという。複数の第３等スロットル線ＥＬ３ａ、ＥＬ３ｂ、ＥＬ３ｃ、ＥＬ３ｄ、ＥＬ３ｅ、ＥＬ３ｆを区別しない場合、等スロットル線ＥＬ３又は第３等スロットル線ＥＬ３という。

図３に示す例では、第３等スロットル線ＥＬ３は６本であるが、第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ３との間に存在すればよい。このため、第３等スロットル線ＥＬ３の数に制限はない。また、隣接する第３等スロットル線ＥＬ３同士の間隔にも限定はない。

第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び第３等スロットル線ＥＬ３は、いずれも、エンジン１７の回転速度ｎ及びトルクＴの目標を示している。すなわち、エンジン１７は、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び第３等スロットル線ＥＬ３から得られる回転速度ｎ及びトルクＴとなるように制御される。

等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆは、エンジン１７の出力が一定となるように、トルクＴと回転速度ｎとの関係が定められている。等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆは、この順にエンジン１７の出力が大きくなっている。等馬力線ＥＰ０は、エンジン１７の出力が０である場合に対応する。本実施形態において、等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆは、トルクＴと回転速度ｎとの第４の関係に相当する。等馬力線ＥＰ０、ＥＰａ、ＥＰｂ、ＥＰｃ、ＥＰｄ、ＥＰｅ、ＥＰｆを区別しない場合、等馬力線ＥＰという。等馬力線ＥＰは、エンジン１７の出力がその等馬力線ＥＰで規定される出力を上回らないように制限する機能を有している。

制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬは、エンジン１７の回転速度ｎを制限する。すなわち、エンジン１７の回転速度ｎは、制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬを超えないように、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０によって制御される。制限線ＶＬ、ＨＬは、エンジン１７の最大の回転速度を規定する。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、エンジン１７の最大の回転速度が、制限線ＶＬ、ＨＬによって規定される回転速度を超えて過回転とならないように制御する。図３に示す例において、エンジン１７は、回転速度ｎが回転速度ｎｐｌｈを超えないように制御される。制限線ＬＬは、エンジン１７の最小の回転速度を規定する。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、エンジン１７の最小の回転速度が、制限線ＬＬによって規定される回転速度ｎｐｌｌを下回らないように制御する。

エンジン１７の最大トルク線ＴＬは、図１に示す油圧ショベル１の稼働中、エンジン１７が発生可能な最大の出力を示している。最大トルク線ＴＬで示されるエンジン１７のトルクは、エンジン１７の耐久性及び排気煙限界等を考慮して決定されている。このため、エンジン１７は、最大トルク線ＴＬに対応したトルクよりも大きいトルクを発生することは可能である。実際には、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、エンジン１７のトルクが最大トルク線ＴＬを超えないようにエンジン１７を制御する。ポンプ吸収トルク線ＰＬは、エンジン１７の回転速度ｎに対して、図２に示す油圧ポンプ１８が吸収可能な最大トルクを示している。

制限線ＶＬと、最大トルク線ＴＬとの交点Ｐｃｎｔにおいて、エンジン１７が発生する出力は、最大となる。交点Ｐｃｎｔを定格点という。定格点Ｐｃｎｔにおけるエンジン１７の出力を定格出力という。最大トルク線ＴＬは、前述したように排気煙限界から定められる。制限線ＶＬは、最高回転速度から定められる。したがって、定格出力は、エンジン１７の排気煙限界と最高回転速度とから定められた、エンジン１７の最大出力である。

マッチングルートＭＬは、所定の出力でエンジン１７が動作する際に、燃料消費率が良い点を通るように設定されている。マッチングルートＭＬは、エンジン１７の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように、トルクＴと回転速度ｎとの関係が設定されている。本実施形態において、マッチングルートＭＬは、トルクＴと回転速度ｎとの第５の関係に相当する。

図４は、マッチングルートＭＬを説明するための図である。マッチングルートＭＬは、エンジン１７の燃料消費率に基づいて求められた、回転速度ｎとトルクＴとの関係を示す線である。燃料消費率（以下、適宜燃費という）とは、１時間かつ出力１ｋＷ当たりにエンジン１７が消費する燃料の量である。燃料消費率は、エンジン１７の効率を表す１つの指標である。本実施形態において、マッチングルートＭＬは、具体的には、燃費最小点Ｍ１を通るように設定された、回転速度ｎとトルクＴとの関係を示す線である。マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１を通過することが好ましいが、種々の制約により、必ずしも燃費最小点Ｍ１を通過するように設定できるとは限らない。このため、マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１を通るように設定されることが困難である場合、燃費最小点Ｍ１の近傍を通過するように設定される。この場合、マッチングルートＭＬは、極力燃費最小点Ｍ１の近傍を通過するように設定される。極力燃費最小点Ｍ１の近傍とは、例えば、燃費最小点Ｍ１における燃料消費率に対して１０５％から１１０％程度の燃料消費率となる等燃費曲線Ｍで囲まれる範囲とすることができる。

前述したように、燃費最小点Ｍ１よりも外側の等燃費曲線Ｍほど燃費は大きく、すなわち悪くなるので、マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１から極力外側に離れないように設定される。また、燃費最小点Ｍ１から外側に離れる過程において、マッチングルートＭＬが交差する等燃費曲線Ｍの数が多いほど、燃料消費率が大きい領域でエンジン１７が運転される可能性は高くなる。したがって、マッチングルートＭＬは、燃費最小点Ｍ１から外側に離れる過程において、マッチングルートＭＬと交差する等燃費曲線Ｍの数が極力少なくなるように設定される。

このようにして求められたマッチングルートＭＬに沿って回転速度ｎを制御すると、燃費、エンジン効率及びポンプ効率が向上する。これは、エンジン１７に同じ出力を発生させ、油圧ポンプ１８から同じ要求流量を得るという条件において、レギュレーション線Ｌｒｌ上の点ｐｔ１でマッチングさせるよりも、同じ等スロットル線ＥＬ３上の点であってマッチングルートＭＬ上の点ｐｔ２でマッチングさせた方が、エンジン１７の状態は高回転かつ低トルクから低回転かつ高トルクに移行して、ポンプ容量が大となり、等燃費曲線Ｍ上の燃費最小点Ｍ１に近い点で運転されるからである。また低回転領域でエンジン１７が稼動することにより騒音が低減し、かつエンジンフリクション及びポンプアンロードロス等は減少する。

本実施形態において、機関制御装置は、第１等スロットル線ＥＬ１と、第２等スロットル線ＥＬ２と、両者を補間して得られる第３等スロットル線ＥＬ３とを用いて、エンジン１７の運転状態を制御する。例えば、機関制御装置は、スロットルダイヤル２８の指示値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３と、マッチングルートＭＬとが交差する点のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７を制御する。また、機関制御装置は、スロットルダイヤル２８の設定値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３と、ポンプ吸収トルク線ＰＬとが交差する点のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７を制御することもできる。さらに、機関制御装置は、スロットルダイヤル２８の設定値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３と、マッチングルートＭＬと、ポンプ吸収トルク線ＰＬとが交差する点のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７を制御することもできる。

機関制御装置がマッチングルートＭＬを用いてエンジン１７の運転状態を制御する場合、図３に示す等馬力線ＥＰ及びマッチングルートＭＬと一致する第３等スロットル線ＥＬ３を用いる。そして、機関制御装置は、マッチングルートＭＬから外れた回転速度ｎ及びトルクＴでエンジン１７の運転状態を制御する場合、例えば、前述の第３等スロットル線ＥＬ３上の回転速度ｎ及びトルクＴとなるように、エンジン１７の運転状態を制御する。図３に示す例においては、機関制御装置は、等馬力線ＥＰｄとマッチングルートＭＬとが一致するマッチング点ＭＰ１と一致する第３等スロットル線ＥＬ３ｄ上のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、エンジン１７の運転状態を制御する。

機関制御装置がエンジン１７の運転状態を制御するにあたり、エンジンコントローラ３０は、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２、エンジン１７の最大トルク線ＴＬ及び制限線ＶＬ、ＨＬ、ＬＬの情報を、自身の記憶装置に記憶している。なお、本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、少なくとも、第１等スロットル線ＥＬ１及び第２等スロットル線ＥＬ２の情報を、自身の記憶装置に記憶していればよい。この場合、エンジンコントローラ３０は、入力されたスロットルダイヤル２８の設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して求める。そして、エンジンコントローラ３０は、補間によって求められた第３等スロットル線ＥＬ３を用いてエンジン１７の運転状態を制御する。なお、エンジンコントローラ３０は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して求められた第３等スロットル線ＥＬ３を、自身の記憶装置に記憶していてもよい。

エンジンコントローラ３０は、図２に示すように、スロットルダイヤル２８の設定値（信号）をスロットルダイヤル２８から直接又はポンプコントローラ３３を介して取得することができる。エンジンコントローラ３０は、スロットルダイヤル２８の設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を選択する。そして、エンジンコントローラ３０は、選択した第３等スロットル線ＥＬ３を用いて、エンジン１７の運転状態を制御する。

本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、所定の間隔（例えば、スロットル開度が１０％毎）毎に、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して得られた複数の第３等スロットル線ＥＬ３を記憶装置に記憶している。エンジンコントローラ３０は、エンジン１７を制御するにあたり、スロットルダイヤル２８の設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３が存在しない場合、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを用いて補間することにより、対応する第３等スロットル線ＥＬ３を生成する。

この場合、エンジンコントローラ３０は、前述した指示値よりも大きい第３等スロットル線ＥＬ３と前述した設定値よりも小さい第３等スロットル線ＥＬ３とを選択する。そして、エンジンコントローラ３０は、この２つの第３等スロットル線ＥＬ３を用いて補間することにより、前述した指示値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を生成する。

エンジンコントローラ３０は、少なくとも、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び両者を補間して得られる第３等スロットル線ＥＬ３の情報を自身の記憶装置に記憶し、これらとスロットルダイヤル２８の設定値とに基づいて、エンジン１７の運転状態を制御する。このため、エンジンコントローラ３０は、スロットルダイヤル２８の設定値のみが入力されれば、エンジン１７の運転状態を制御できる。したがって、エンジンコントローラ３０を用いることにより、エンジンコントローラ３０以外のコントローラ、例えば、ポンプコントローラ３３その他のコントローラを用いなくても、スロットルダイヤル２８の設定値のみを生成することによってエンジン１７を制御できる。その結果、エンジンコントローラ３０を用いることにより、エンジン１７の運転状態を制御する際の自由度及び汎用性が向上する。例えば、エンジン１７単体の性能を試験したい場合、スロットルダイヤル２８の設定値をエンジンコントローラ３０に与えれば、エンジン１７単体の試験を実現することができる。

また、ポンプコントローラ３３又は図１に示す油圧ショベル１が備える他の制御装置がエンジンコントローラ３０を介してエンジン１７を制御する場合がある。このような場合、ポンプコントローラ３３等は、エンジン１７が発生する出力の指令値をスロットルダイヤル２８の設定値に変換してエンジンコントローラ３０に与えればよい。スロットルダイヤル２８の設定値は、０％から１００％の間における百分率で表されるため、比較的簡単に生成できる。このため、油圧ショベル１が備える他の制御装置は、スロットルダイヤル２８の設定値を用いることによって、比較的簡単にエンジン１７を制御できる。

油圧ショベル１が備える他の制御装置がエンジンコントローラ３０を介してエンジン１７を制御する場合、スロットルダイヤル２８からエンジンコントローラ３０に入力される設定値よりも、油圧ショベル１が備える他の制御装置が生成したスロットルの設定値の方が優先される。このようにすることで、油圧ショベル１が備える他の制御装置は、エンジン１７の運転状態を制御することができる。他の制御装置が生成したスロットルの設定値は、スロットルダイヤル２８の設定値と同種類の指令値である。

機関制御装置、本実施形態ではポンプコントローラ３３は、レバー操作量、作業モード及びスロットルダイヤル２８の設定値、上部旋回体５の旋回速度（旋回回転速度）等の情報（運転状態を示す情報）を取得し、エンジン１７が発生する出力の指令値（以下、適宜エンジン出力指令値という）を求める。このエンジン出力指令値は、図３のトルク線図に示された第３等スロットル線ＥＬ３上の値となる。エンジン出力指令値は、エンジン１７が発生する出力の目標となる。

ポンプコントローラ３３は、出力指令値をスロットル開度に変換してエンジンコントローラ３０に出力する。ポンプコントローラ３３からスロットル開度を取得したエンジンコントローラ３０は、このスロットル開度に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を選択する。そして、エンジンコントローラ３０は、選択した第３等スロットル線ＥＬ３上の回転速度ｎ及びトルクＴとなるように、エンジン１７を制御する。

例えば、図１に示す油圧ショベル１の作業機３に負荷が作用している場合、エンジンコントローラ３０は、エンジン１７の出力を、第３等スロットル線ＥＬ３とポンプ吸収トルク線ＰＬとの交点（マッチング点）ＭＰ１でエンジンの出力と油圧ポンプ１８の出力とをマッチングさせて作業機３を動作させる。なお、このマッチング点ＭＰ１は、マッチングルートＭＬ上にとすることが好ましい。このマッチング点ＭＰ１での回転速度ｎは、目標マッチング回転速度ｎｐ１である。このような制御により、作業機３は十分な出力を得ることができるとともに、エンジン１７は低回転数で駆動するため、燃料消費を低く抑えることができる。

作業機３の負荷が小さくなった結果、油圧ショベル１の負荷が低下した場合であって、作業機３の油圧シリンダ１４、１５、１６への作動油流量が必要な場合、すなわち作業機３の動作速度を確保する必要が場合、機関制御装置、本実施形態ではポンプコントローラ３３は、レバー操作量、上部旋回体５の旋回回転速度、スロットルダイヤル２８の設定値等の情報に対応した無負荷最大回転速度ｎｐ２を決定する。そして、ポンプコントローラ３３は、目標マッチング回転速度ｎｐ１と無負荷最大回転速度ｎｐ２との間の回転速度の範囲内で、トルクＴと回転速度ｎとの第６の関係としての可変回転速度制限線ＶＬ２を用いてエンジン１７を駆動させる。本実施形態において、可変回転速度制限線ＶＬ２は、制限線ＶＬが移動したものである。すなわち、制限線ＶＬの機能は、可変回転速度制限線ＶＬ２が移動することによって実現される。制限線ＶＬは、エンジン１７の回転速度ｎが制限線ＶＬが規定する回転速度よりも大きくならないように制限するものである。したがって、可変回転速度制限線ＶＬ２も、エンジン１７の回転速度ｎが可変回転速度制限線ＶＬ２によって規定される回転速度よりも大きくならないように制限する。

本実施形態において、可変回転速度制限線ＶＬ２は、エンジン１７の回転速度ｎの増加とともに、エンジン１７のトルクＴが一次関数にしたがって小さくなっている。可変回転速度制限線ＶＬ２は、エンジン１７のトルクが０のとき、無負荷最大回転速度ｎｐ２を通る。無負荷最大回転速度ｎｐ２は、レバー操作量、上部旋回体５の旋回回転速度、スロットルダイヤル２８の設定値等によって変化する。このため、可変回転速度制限線ＶＬ２も、無負荷最大回転速度ｎｐ２の変化によって移動する。また、後述する無負荷最小回転速度ｎｍ１を用いる場合、可変回転速度制限線ＶＬ２’は無負荷最小回転速度ｎｍ１を通るが、無負荷最小回転速度ｎｍ１も油圧ショベル１の運転条件によって変化する。このため、可変回転速度制限線ＶＬ２は、無負荷最小回転速度ｎｍ１の変化によっても移動する。

機関制御装置がこのような制御を実行することにより、作業機３に負荷が作用した状態からその負荷が低下すると、エンジン１７は、低回転速度側のマッチング点ＭＰ１での運転から高回転速度側のマッチング点ＭＰ２での運転に移行する。マッチング点ＭＰ２は、マッチング点ＭＰ１を通る第３等スロットル線ＥＬ３ｄと、可変回転速度制限線ＶＬ２との交点である。エンジン１７が高回転速度側のマッチング点ＭＰ２で運転されることにより、油圧ポンプ１８は、十分な流量の作動油を吐出することができる。このため、油圧シリンダ１４、１５、１６には十分な流量の作動油が供給されるので、作業機３の動作速度を確保することができる。また、エンジン１７の出力は、第３等スロットル線ＥＬ３ｄを目標として制御されるので、無駄なエネルギーを消費しない。なお、無負荷最大回転速度ｎｐ２は、エンジンが出力可能な最大回転数に限らない。

作業機３の負荷がさらに低下した場合、機関制御装置がそのままエンジン１７を高い回転速度の領域で駆動させると、多くの燃料が消費される結果、燃費が低下する可能性がある。したがって、負荷が低下した場合、かつ、例えばバケット１３のみの動作のように、油圧ポンプ１８からの作動油の吐出流量及び吐出圧力を多く必要としない場合、すなわちポンプ容量に余裕がある場合、機関制御装置は、可変回転速度制限線ＶＬ２を低回転速度の領域にシフトさせる。

前述したように、ポンプ容量は、斜板角センサ１８ａによって検出される。機関制御装置、本実施形態では、ポンプコントローラ３３は、斜板角センサ１８ａの検出値の大小によって可変回転速度制限線ＶＬ２をシフトさせる。例えば、ポンプ容量が所定値よりも大きいことが検出された場合、油圧シリンダ１４、１５、１６等の油圧機器は作動油の流量を必要としている。この場合、ポンプコントローラ３３は、可変回転速度制限線ＶＬ２を高回転速度の領域にシフトさせてエンジン１７の回転速度ｎを上昇させる。ポンプ容量が所定値よりも小さいことが検出された場合、油圧機器は作動油流量を必要としていない。この場合、ポンプコントローラ３３は、可変回転速度制限線ＶＬ２を低回転速度の領域にシフトさせてエンジン１７の回転速度ｎを低下させる。機関制御装置は、このような制御を実行することにより、高回転速度の領域でエンジンが運転されることによる無駄な燃料消費を抑制することができる。

本実施形態において、他の制御装置、例えば、ポンプコントローラ３３がエンジン１７の出力指令値を生成し、これを用いてエンジン１７を制御する場合、ポンプコントローラ３３は、出力指令値をスロットルの設定値に変換してエンジンコントローラ３０に与える。エンジンコントローラ３０は、変換後におけるスロットルの設定値に対応する第３等スロットル線ＥＬ３を用いて、エンジン１７の運転状態を制御する。すなわち、機関制御装置は、出力指令値に対応する等馬力線ＥＰとマッチングルートＭＬとに一致する第３等スロットル線ＥＬ３を用いて、エンジン１７を制御する。このようにすることで、出力指令値に対応した第３等スロットル線ＥＬ３を選択することができる。

また、機関制御装置は、エンジン１７の燃費が良好なマッチングルートＭＬ上でエンジン１７を制御することが多い。図３に示すように、等馬力線ＥＰと第３等スロットル線ＥＬ３とは形状が異なるが、マッチングルートＭＬ上で第３等スロットル線ＥＬ３と出力指令値に対応する等馬力線ＥＰとを一致させるので、使用する機会の多いマッチングルートＭＬにおいて、第３等スロットル線ＥＬ３と出力指令値とを一致させることができる。その結果、出力指令値と油圧ショベル１の実際の動作との違いを低減できるので、油圧ショベル１の操作性の低下を抑制できる。

本実施形態において、第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の等馬力線、すなわち、エンジン１７の出力が一定であることを示す線である。第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の定格出力となる回転速度での出力が、定格出力以上になっている。本実施形態において、第１等スロットル線ＥＬ１は、等馬力線としたが、これに限定されるものではない。

また、第２等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７の回転速度ｎが増加するにしたがって、トルクＴが一次関数にしたがって減少する。第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して得られる。このため、等馬力線ＥＰと、この等馬力線ＥＰの馬力に対応する第３等スロットル線ＥＬ３とは、一点で交差することになる。例えば、エンジン１７の最大出力の半分に対応する等馬力線ＥＰには、スロットルの開度が５０％に対応する第３等スロットル線ＥＬ３が対応するが、両者は一点で交差する。

本実施形態においては、マッチングルートＭＬで等馬力線ＥＰと第３等スロットル線ＥＬ３とを一致させている。また、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが小さい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、第３等スロットル線ＥＬ３の方が等馬力線ＥＰよりも大きくなっている。さらに、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが大きい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、等馬力線ＥＰの方が第３等スロットル線ＥＬ３よりも大きくなっている。本実施形態において、機関制御装置は、前述したように、油圧ショベル１の作業機３に負荷が作用した後、その負荷が低下した場合に、無負荷最大回転速度ｎｐ２に基づく可変回転速度制限線ＶＬ２と第３等スロットル線ＥＬ３ｄとのマッチング点ＭＰ２でエンジン１７を制御する。

マッチング点ＭＰ２における回転速度ｎｐ２においては、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄの方がトルクＴは小さくなるので、エンジン１７の燃費は向上する。作動油の流量が必要である場合、油圧ポンプ１８を駆動するためのトルクは比較的小さくてもよい。このため、作動油の流量が必要である場合、第３等スロットル線ＥＬ３ｄを用いてエンジン１７を制御すれば、エンジン１７の燃費を向上させることができる。本実施形態は、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係を前述したような関係としているので、作業機３に対する負荷が低下した後に油圧ポンプ１８の流量が必要である場合は、作動油の流量を確保しつつ、エンジン１７の燃費を向上させることができるので好ましい。

エンジン１７の回転速度ｎが比較的小さい場合、作動油の流量よりも高い圧力が求められる。したがって、油圧ポンプ１８を駆動するためには大きなトルクＴが必要になる。本実施形態は、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係を前述したような関係としている。このため、本実施形態において、エンジン１７の回転速度ｎが低い場合、より具体的にマッチングルートＭＬよりも回転速度が低く、かつトルクが高い領域では、同じ回転速度ｎで比較すると、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄの方がトルクＴは大きくなる。作動油に高い圧力が求められる場合、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄを用いた方がより大きなトルクＴを発生できるため、好ましい。

第１等スロットル線ＥＬ１は、図３に示すように、エンジン１７の各回転速度ｎにおいて、エンジン１７の最大トルク線ＴＬよりもトルクＴが高くなっている。このようにすることで、機関制御装置は、他の制御装置との間で通信の遅れが発生したり、エンジン１７の使用環境が変動したりした場合に、エンジン１７の出力が最大トルク線ＴＬで規定される値を超える可能性を低減することができる。その結果、エンジン１７は、過負荷で使用される可能性が低減されるので好ましい。

可変回転速度制限線ＶＬ２は、図３に示すトルク線図の横軸（トルクＴ＝０）との交点における回転速度と、最大トルク線ＴＬとの交点における回転速度とから求められる。可変回転速度制限線ＶＬ２がトルク線図の横軸と交差する点の回転速度をｎａ、可変回転速度制限線ＶＬ２が最大トルク線ＴＬと交差する点における回転速度をｎｂとする。このとき、ｎａ＝ｋ×ｎｂとなるように可変回転速度制限線ＶＬ２が決定される。ｋは１よりも大きい定数である。ｋは予め設定されている。無負荷最大回転速度ｎｐ２を例とすると、可変回転速度制限線ＶＬ２が最大トルク線ＴＬと交差する点における回転速度をｎｐ２’としたとき、無負荷最大回転速度ｎｐ２＝ｋ×ｎｐ２’となるように可変回転速度制限線ＶＬ２が決定される。

可変回転速度制限線ＶＬ２が数式Ｔ＝ｈ１×ｎ＋ｉ、可変回転速度制限線ＶＬ２と交差する部分の最大トルク線ＴＬが数式Ｔ＝ｈ２×ｎ＋ｊで表されるとする。ｈ１、ｈ２、ｊは定数である。この場合、可変回転速度制限線ＶＬ２の傾きｈ１は、（ｈ２×ｎａ＋ｋ×ｊ）×（１−ｋ）／（ｋ^２×ｎａ）、定数ｉは−ｈ１×ｎａで求めることができる。ｋ、ｈ２及びｊは既知なので、回転速度ｎａが与えられれば、ｈ１及びｉを求めることができる。例えば、回転速度ｎａが無負荷最大回転速度ｎｐ２であれば、これに対応したｈ１及びｉが求められる。エンジンコントローラ３０は、例えば、ｈ１及びｉを求める数式を自身の記憶装置に記憶している。そして、例えばポンプコントローラ３３等から与えられた回転速度ｎａに基づいてｈ１及びｉを求め、可変回転速度制限線ＶＬ２を生成する。そして、エンジンコントローラ３０は、生成した可変回転速度制限線ＶＬ２を用いてエンジン１７を制御する。

図３及び前述した数式から分かるように、可変回転速度制限線ＶＬ２は、傾きをｈ１、切片をｉとした一次関数の式で表すことができる。可変回転速度制限線ＶＬ２は、傾きｈ１を有しているため、第３等スロットル線ＥＬ３とのマッチングを取りやすいという利点がある。なお、可変回転速度制限線ＶＬ２の傾きｈ１は、回転速度ｎによって変化してもよい。このようにすると、エンジン１７をより緻密に制御することができる。次に、エンジン１７の制御をより詳細に説明する。

＜エンジン１７の制御の詳細＞
図５は、エンジン１７の制御フローを示す図である。図６は、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０を示す図である。機関制御装置としてのエンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３の少なくとも一方は、エンジン制御指令としてのエンジン回転速度指令値とエンジン出力指令値とを求め、ポンプ制御指令としてポンプ吸収トルク指令値を求める。本実施形態において、本実施形態において、エンジンコントローラ３０は、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０及びスロットル指令値（スロットル開度の指令値）Ｄ２５０を取得し、これらに基づいてエンジン１７の運転状態を制御する。スロットル指令値Ｄ２５０は、油圧ショベル１が搭載するエンジンコントローラ３０以外の制御装置が生成した、スロットルダイヤル２８の設定値（指令値）と同種類の指令値に対応する。油圧ショベル１が搭載するエンジンコントローラ３０以外の制御装置は、例えば、ポンプコントローラ３３又はハイブリッドコントローラ２３ａ等である。

エンジン１７の制御において、レバー値信号Ｄ１００、スロットル設定値Ｄ１０２、作業モードＤ１０３、Ｒポンプ圧力Ｄ１０４、Ｆポンプ圧力Ｄ１０５、エンジントルクＤ１０６、エンジン回転速度Ｄ１０７旋回モータ２４の回転速度である旋回モータ回転速度Ｄ３０１、旋回モータ２４のトルクである旋回モータトルクＤ３０２及び発電電動機１９の出力である発電機出力Ｄ３０３を入力パラメータとして用いる。旋回モータ回転速度Ｄ３０１は、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０、エンジン最大出力演算ブロック１３０及びマッチング最小回転速度演算ブロック１５０に入力される。旋回モータトルクＤ３０２は、エンジン最大出力演算ブロック１３０に入力される。発電機出力Ｄ３０３は、エンジン最大出力演算ブロック１３０、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０及びポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０に入力される。

無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、図５に示した制御フローによって、エンジン回転速度指令値の上限値となる値である無負荷最大回転速度Ｄ２１０（ｎｐ２）を演算する。油圧ポンプ１８のポンプ容量が最大の状態において、油圧ポンプ１８の流量（油圧ポンプ吐出流量）はエンジン回転速度とポンプ容量との積である。油圧ポンプ吐出流量はエンジン１７の回転速度ｎに比例するため、無負荷最大回転速度Ｄ２１０と油圧ポンプ１８の最大流量（ポンプ最大吐出量）とは比例関係にある。このため、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、まず、無負荷最大回転速度Ｄ２１０の候補値として、各レバー値信号Ｄ１００（レバー操作量）によって求めた無負荷回転速度の総和を総和部２１２によって求める。

各レバー値信号Ｄ１００（各レバー操作量を示す信号）としては、旋回レバー値、ブームレバー値、アームレバー値、バケットレバー値、走行右レバー値、走行左レバー値及びサービスレバー値がある。サービスレバー値は、新たな油圧アクチュエータを接続できる油圧回路を有する場合における、この油圧アクチュエータを操作するレバー操作量を示す値である。各レバー値信号は、図６に示すようなレバー値・無負荷回転速度変換テーブル２１１によって無負荷回転速度に変換される。この変換された値は、総和部２１２によって求めた総和の無負荷回転速度が第１最小値選択部（ＭＩＮ選択）２１４に出力される。本実施形態において、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図６に示す無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、各レバー値信号Ｄ１００の操作量、油圧ポンプ１８の吐出圧力であるＲポンプ圧力Ｄ１０４、Ｆポンプ圧力Ｄ１０５及びモード切替部２９によって設定された作業モードＤ１０３の４つの情報を用いて、油圧ショベル１のオペレータが、現在どのような操作パターン（作業パターン）を実行しているかを判定する。無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、その判定結果に基づき、予め設定されている操作パターンに対する無負荷回転速度リミット値を選択し決定する。

決定された無負荷回転速度リミット値は、第１最小値選択部２１４に出力される。操作パターン（作業パターン）の判定について説明する。例えば、アームレバーが掘削方向に操作されており、かつ油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力（ポンプ圧力）が所定の設定値よりも高い場合、無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、油圧ショベル１は重掘削作業を実行しようとしていると判定する。また、例えば、旋回レバーが傾倒しているとともにブームレバーが上げ方向に操作されているような複合操作の場合、無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０は、油圧ショベル１がホイスト旋回作業を実行しようとしていると判定する。このように、操作パターン（作業パターン）の判定とは、オペレータが実行しようとしている操作を無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０が推定することである。なお、ホイスト旋回作業とは、油圧ショベル１が、バケット１３で土砂を掘削した後、ブーム１１を上げながら上部旋回体５を旋回させ、所望の停止位置でバケット１３の土砂を排土するような作業である。

無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、図２に示すスロットルダイヤル２８の設定状態（スロットル設定値Ｄ１０２）からも無負荷最大回転速度の候補値を決定する。すなわち、スロットル設定値Ｄ１０２に対応する信号を受信した無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、スロットルダイヤル・無負荷回転速度変換テーブル２１３を用いて、スロットル設定値Ｄ１０２を無負荷最大回転速度の候補値に変換する。そして、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０は、無負荷最大回転速度の候補値を第１最小値選択部２１４に出力する。

第１最小値選択部２１４は、レバー値信号Ｄ１００から求められた無負荷回転速度と無負荷回転速度リミット値選択ブロック２１０が求めた無負荷回転速度リミット値とスロットル設定値Ｄ１０２から求めた無負荷回転速度の候補値との３つの値の中から最小値を選択する。第１最小値選択部２１４が選択した値は、第２最小値選択部（ＭＩＮ選択）２１５に出力される。第２最小値選択部２１５は、第１最小値選択部２１４が選択した値と、油圧ショベル１の作業モード制限値Ｄ１１２とを比較する。比較の結果、第２最小値選択部２１５は、両者の最小値を無負荷最大回転速度Ｄ２１０（ｎｐ２）として出力する。作業モード制限値Ｄ１１２は、油圧ショベル１の運転モードによって決定される、エンジン１７の回転速度ｎの上限値である。作業モードがパワーモードである場合、作業モードがエコノミーモードである場合と比較して作業モード制限値Ｄ１１２は大きくなる。

電気で駆動される旋回モータ２４を搭載したハイブリッド方式の油圧ショベル１は、上部旋回体５を旋回させるときの駆動源として、油圧を必要としない。このため、油圧ポンプ１８から吐出される作動油のうち、旋回の駆動分の油圧ポンプ１８からの作動油吐出流量を減らしてもよい。減算部３１１は、スロットル設定値Ｄ１０２に基づきスロットルダイヤル・無負荷回転速度変換テーブル２１３によって求められる無負荷回転速度の候補値から、旋回モータ回転速度Ｄ３０１に基づき旋回モータ回転速度・無負荷回転速度削減量変換テーブル３１０によって求められる無負荷回転速度削減量を減算する。減算部３１１が出力した回転速度を、無負荷最大回転速度Ｄ２１０の候補値としている。最大値選択部（ＭＡＸ選択）３１３は、減算部３１１が出力した回転速度とゼロ値３１２との最大値選択を行う。このような処理によって、第１最小値選択部２１４へ負の値が与えられないようにすることができる。

図７は、エンジン最小出力演算ブロック１２０の制御フローを示す図である。図７に示すように、エンジン最小出力演算ブロック１２０は、エンジン出力指令値の下限となる値であるエンジン最小出力Ｄ２２０を演算する。レバー値・エンジン最小出力変換テーブル２２０は、無負荷最大回転速度Ｄ２１０の演算と同様に、各レバー値信号Ｄ１００をエンジン最小出力に変換し、総和部２２１がこれらの総和を最小値選択部（ＭＩＮ選択）２２３に出力する。

エンジン最小出力の最大値選択ブロック２２２は、モード切替部２９によって設定される作業モードＤ１０３に対応した上限値を最小値選択部２２３に出力する。最小値選択部２２３は、各レバー値信号Ｄ１００に対応したエンジン最小出力の総和と、作業モードＤ１０３に対応した上限値とを比較し、最小値を選択してエンジン最小出力Ｄ２２０として出力する。本実施形態において、エンジン最小出力演算ブロック１２０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図８は、エンジン最大出力演算ブロック１３０の制御フローを示す図である。図８に示すように、エンジン最大出力演算ブロック１３０は、エンジン出力指令値の上限となる値であるエンジン最大出力Ｄ２３０を演算する。エンジン最大値出力演算ブロック１３０は、旋回モータ回転速度Ｄ３０１及び旋回モータトルクＤ３０２を入力パラメータとして用いる。そして、旋回馬力演算ブロック３３０が旋回馬力を演算し、エンジン回転数Ｄ１０７を用いてファン馬力演算ブロック２３１がファン馬力を演算する。旋回馬力とファン馬力とは、それぞれ減算部３３１及び加算部２３３を介して、ポンプ出力リミット値に加算される。また、発電電動機１９の発電機出力Ｄ３０３は、減算部３３４を介してポンプ出力リミット値に加算される。

エンジン最大出力演算ブロック１３０は、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０による演算と同様に、各レバー値信号Ｄ１００の操作量とＲポンプ圧力Ｄ１０４、Ｆポンプ圧力Ｄ１０５と作業モードＤ１０３の設定値の情報を用いて、現在の操作パターンを判定し、その操作パターン毎にポンプ出力リミット値を選択する。

図８に示すように、旋回馬力及び発電機出力Ｄ３０３のポンプ出力リミット値への加算は、減算となっている（減算部３３１、３３４参照）。ハイブリッド方式の油圧ショベル１は、エンジン１７という動力発生源とは異なる、電気で駆動される旋回モータ２４を用いる。このため、旋回モータ２４の旋回馬力を求めてポンプ出力リミット値から旋回分の馬力を減算することが必要である。発電電動機１９が発電する場合、発電機出力Ｄ３０３は値の正負の符号を負と定義されている。最小値選択部３３３で発電機出力Ｄ３０３とゼロ値３３２との比較が行われ、ポンプ出力リミット値に対して負の値を減算するため、実質的に加算となる。

発電電動機１９がエンジン１７の出力をアシストする場合は、発電機出力Ｄ３０３の値の正負は正となる。発電電動機１９が発電する場合は、発電機出力Ｄ３０３の値は負である。最小値選択部（ＭＩＮ選択）３３３は、発電機出力Ｄ３０３とゼロ値３３２との最小値選択を行う。減算部３３４は、ポンプ出力リミットから負の発電機出力を減算する。すなわち、減算部３３４は、実質的にポンプ出力リミットに発電機出力Ｄ３０３を加算することとなる。すなわち、発電機出力Ｄ３０３が負の値となったときのみに加算が行われる。

発電電動機１９によるエンジン１７のアシストは、エンジン回転速度Ｄ１０７を、ある所定の回転速度から高い回転速度に上昇させる必要があるときに、作業機３の応答性を高めるために行われる。このときのエンジン出力としてエンジン１７のアシスト分の出力を除いてしまうと、作業機３の応答性の改善を図ることができない。このため、本実施形態において、エンジン１７をアシストした場合には、エンジン最大出力を低減させない。すなわち、正の発電機出力Ｄ３０３が最小値選択部３３３に入力されても、ゼロ値３３２との最小値選択により、最小値選択部３３３からはゼロが出力される。その結果、ポンプ出力リミットから減算が行われることなく、エンジン最大出力Ｄ２３０が求められる。

加算部２３３は、減算部３３４が出力した値に、現在のエンジン回転速度Ｄ１０７からファン馬力演算ブロック２３１が演算したファン馬力を加算する。エンジン回転速度Ｄ１０７は、図２に示す回転速度検出センサ１７Ｃが検出する。加算部２３３が加算した値（以下、加算値という）と、エンジン出力リミット値とが、最小値選択部（ＭＩＮ選択）２３４に出力される。エンジン出力リミット値は、スロットル設定値Ｄ１０２に応じてスロットルダイヤル・エンジン出力リミット変換テーブル２３２が変換することによって求められる。

最小値選択部２３４は、加算値とエンジン出力リミット値とのうちの最小値を選択し、エンジン最大出力Ｄ２３０として出力する。なお、ファンは、エンジン１７を冷却するためのラジエータの近傍に設けられている。ファンは、ラジエータに向かって空気を送風する。ファンは、エンジン１７の駆動に連動して回転駆動するものである。なお、旋回馬力は、式（１）によって求めることができる。式（１）中の係数は設定値である。ファン馬力は、式（２）で求めることができる。本実施形態において、エンジン最大出力演算ブロック１３０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。
旋回馬力（ｋＷ）＝２π／６０×旋回モータ回転速度×旋回モータトルク／１０００×係数・・・（１）
ファン馬力＝ファン定格馬力×（エンジン回転数／ファン定格時エンジン回転数）＾３・・・（２）

図９は、エンジン目標出力演算ブロック１４０の制御フローを示す図である。図９に示すように、エンジン目標出力演算ブロック１４０は、エンジン目標出力Ｄ２４０を演算する。減算部２４３は、前回演算して求めた前回のエンジン目標出力Ｄ２４０から、固定値として設定されているエンジン出力加算用オフセット値２４１を減算する。減算部２４４は、減算部２４３が減算した値から、エンジン実出力演算ブロック２４２が演算したエンジン実出力を減算した偏差を求める。

乗算部２４５は、減算部２４４が演算した偏差に、所定のゲイン（−Ｋｉ）を乗じた値を演算する。積分部２４６は、乗算部２４５が演算した乗算値を積分する。加算部２４７は、積分部２４６が積分した積分値に、エンジン最小出力演算ブロック１２０が演算することにより求められたエンジン最小出力Ｄ２２０を加算する。最小値選択部（ＭＩＮ選択）２４８は、加算部２４７が求めた加算値と、エンジン最大出力演算ブロック１３０が演算することにより求められたエンジン最大出力Ｄ２３０とのうちの最小値を、エンジン目標出力Ｄ２４０としてスロットル指令値変換部２４９に出力する。

エンジン目標出力Ｄ２４０は、図３に示す等馬力線ＥＰを意味する。エンジン実出力演算ブロック２４２は、エンジンコントローラ３０が指令している燃料噴射量及びエンジン１７の回転速度並びに大気温度等から予測したエンジントルクＤ１０６と、図２に示す回転速度検出センサ１７Ｃが検出したエンジン１７の現在のエンジン回転速度Ｄ１０７とに基づいて、式（２）からエンジン実出力を求める。
エンジン実出力（ｋＷ）＝２×π／６０×実回転速度×エンジントルク／１０００・・・（２）

スロットル指令値変換部２４９は、エンジン目標出力Ｄ２４０を、適宜スロットル指令値Ｄ２５０に変換する。スロットル指令値Ｄ２５０は、図５に示すように、エンジン制御指令として用いられる。スロットル指令値Ｄ２５０は、図３に示す第３等スロットル線ＥＬ３に対応する。スロットル指令値変換部２４９は、エンジン目標出力Ｄ２４０に対応する等馬力線ＥＰが、図３に示すマッチングルートＭＬと交差する点に一致する第３等スロットル線ＥＬ３を、スロットル指令値Ｄ２５０とする。エンジンコントローラ３０は、スロットル指令値Ｄ２５０に対応する第３等スロットル線ＥＬ３にしたがって、エンジン１７の運転状態を制御する。本実施形態において、エンジン目標出力演算ブロック１４０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１０は、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０の制御フローを示す図である。図１０に示すように、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０は、油圧ショベル１の作業時に最低限上昇させなければならないエンジン回転数であるマッチング最小回転速度Ｄ１５０を演算する。レバー値・マッチング最小回転速度変換テーブル２５１が各レバー値信号Ｄ１００を変換した各値が、マッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値となる。各候補値は、それぞれ最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５５に出力される。

無負荷回転速度・マッチング回転数変換テーブル２５２は、可変回転速度制限線ＶＬ２とマッチングルートＭＬとの交点におけるエンジン１７の回転速度をマッチング回転速度ｎｐ２’として、無負荷最大回転速度演算ブロック１１０が求めた無負荷最大回転速度Ｄ２１０（ｎｐ２）を変換し出力する。減算部２５４は、このマッチング回転速度ｎｐ２’から低速オフセット回転数２５３を減算する。減算部２５４は、減算の結果、得られた値を、マッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値として最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５５に出力する。

発電電動機１９は、出力できるトルクの限界値（発電機最大トルク）が設定されている。このため、発電電動機１９がある程度大きな出力で発電するためには、エンジン回転速度Ｄ１０７を上昇させる必要がある。マッチング最小回転速度演算ブロック１５０は、随時に要求される発電機出力Ｄ３０３の大きさから、最低限上昇させなければならないエンジン回転速度Ｄ１０７を、発電機出力・マッチング回転数変換テーブル３５１を用いて求める。そして、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０は、求められたエンジン回転速度をマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値として最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５５に出力する。なお、発電機出力Ｄ３０３の後段に配置されるゲート３５０は、発電機出力Ｄ３０３が負であるので、発電機出力Ｄ３０３を正の値に変換するために設けられている。

旋回モータ回転速度・マッチング最小回転速度変換テーブル２５０は、旋回モータ回転数Ｄ３０１をマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値として変換してから、最大値選択部２５５に出力する。旋回モータ回転数Ｄ３０１は、図２の旋回モータ２４の旋回モータ回転速度をレゾルバ又はロータリーエンコーダ等の回転センサで検出した値である。この旋回回転速度・マッチング最小回転速度変換テーブル２５０は、旋回モータ回転数Ｄ３０１がゼロのとき、マッチング最小回転速度を大きくし、旋回モータ回転数Ｄ３０１が大きくなるにしたがってマッチング最小回転速度を小さくするような特性で旋回モータ回転数Ｄ３０１をマッチング最小回転速度に変換する。最大値選択部２５５は、これらのマッチング最小回転速度並びに減算部２５４及び発電機出力・マッチング回転数変換テーブル３５１から出力されたマッチング最小回転速度Ｄ１５０の候補値から最大値を選択して、マッチング最小回転速度Ｄ１５０として出力する。

本実施形態では、作業機３の負荷が低下した場合、エンジン１７の回転速度ｎは、最大で無負荷最大回転速度ｎｐ２まで増加する。また、作業機３に十分な負荷が作用した場合、エンジン１７の回転速度は、目標マッチング回転速度ｎｐ１まで低下する。この場合、作業機３に作用する負荷の大小によって、エンジン１７の回転速度ｎは大きく変動することになる。このエンジン１７の回転速度ｎの大きな変動は、油圧ショベル１が力を十分に発生していないような違和感を油圧ショベル１のオペレータにとって与える可能性がある。

このため、本実施形態では、低速オフセット回転数を用い、低速オフセット回転数の大小によって、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅を変化させて前述した違和感を低減することができる。すなわち、低速オフセット回転数を小さくすれば、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅は小さくなり、低速オフセット回転数を大きくすれば、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅は大きくなる。なお、上部旋回体５が旋回をしている状態又は作業機３が掘削作業をしている状態等の油圧ショベル１の稼動状態によって、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅が同一あってもオペレータの違和感は異なる。

例えば、上部旋回体５が旋回をしている状態では、作業機３が掘削作業をしている状態よりも多少エンジン１７の回転速度ｎが低下してもオペレータは力不足とは感じにくい。このため、上部旋回体５が旋回している状態では、作業機３が掘削作業をしている状態よりもエンジン１７の回転速度ｎがさらに低下するようにしてもよい。この場合、エンジン１７の回転速度が低下するため、燃費は向上する。なお、上部旋回体５の旋回に限らず、他のアクチュエータの動作に応じてエンジン１７の回転速度の変動幅を設定してもよい。本実施形態において、マッチング最小回転速度演算ブロック１５０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１１は、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０の制御フローを示す図である。図１１に示すように、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、図３に示した、目標マッチング回転速度ｎｐ１（Ｄ２６０）を演算する。目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、エンジン目標出力Ｄ２４０とマッチングルートＭＬとが交差するマッチング点ＭＰ１のエンジン１７の回転速度である。マッチングルートＭＬは、エンジン１７がある出力で動作する際に燃料消費率が良い点を通るように設定されている。このため、目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、マッチングルートＭＬ上におけるエンジン目標出力Ｄ２４０とのマッチング点ＭＰ１で決定されるのが好ましい。

このように、本実施形態において、目標マッチング回転数Ｄ２６０は、原則としてエンジン目標出力Ｄ２４０と目標マッチングルートＭＬとの交点における回転速度である。エンジン最大出力Ｄ２３０は、図８に示すようにポンプ出力リミット値にファン馬力と発電機出力Ｄ３０３とを加算した値である。このエンジン最大出力Ｄ２３０を用いて図９に示すようにエンジン目標出力Ｄ２４０が決定される。さらに、図１１に示すように、目標マッチング回転数演算ブロック１６０にエンジン目標出力Ｄ２４０が入力されて、目標マッチング回転速度Ｄ２６０が決定される。また、発電電動機１９に要求される発電機出力Ｄ３０３によって目標マッチング回転速度Ｄ２６０の値は変化する。

発電電動機１９は、小さな発電トルクで発電すると効率が悪い。このため、図２に示すハイブリッドコントローラ２３ａは、発電電動機１９に発電させる場合、予め設定した最小発電トルク以上で発電するように制御する。この結果、発電電動機１９が発電しない状態（発電オフ）から発電する状態（発電オン）に切り替わる際に、発電のオンとオフとが最小発電トルクを境として切り替わるため、発電機出力Ｄ３０３は不連続に変化する。エンジン目標出力Ｄ２４０と目標マッチングルートＭＬとの交点でマッチング点を定めると、この発電機出力Ｄ３０３の不連続な変化に応じて、発電オン／オフの切り替えで目標マッチング回転数Ｄ２６０が大きく変動する可能性がある。

このため、目標マッチング回転数演算ブロック１６０は、最小発電出力演算ブロック３６２がエンジン回転数Ｄ１０７を用いて、式（３）から最小発電出力を求める。式（３）中、最小発電トルクは、値が負の設定値である。
最小発電出力（ｋＷ）＝２π／６０×エンジン回転数×最小発電トルク÷１０００・・・（３）

要求される発電機出力Ｄ３０３が、求められた最小発電出力よりも小さい場合、加算部３６５は、最小発電出力に対して不足する出力分を、エンジン目標出力Ｄ２４０に加算する。目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、加算部３６５が出力したエンジン目標出力を用いて、エンジン目標出力・目標マッチング回転速度変換テーブル２６０によって目標マッチング回転速度の候補値を演算する。このようにして、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、発電オン／オフにともなう目標マッチング回転数Ｄ２６０の変動を抑制する。

発電機出力Ｄ３０３の後段の最小値選択部（ＭＩＮ選択）３６１は、要求される発電機出力Ｄ３０３がない場合、例えば、エンジン１７の出力アシストを行う場合等に、ゼロ出力とするため、入力値とゼロ値３６０とを比較する。したがって、要求される発電機出力Ｄ３０３がない場合、エンジン目標出力Ｄ２４０に加算される値が存在しないようになる。また、要求される発電機出力Ｄ３０３が最小発電出力以上である場合において、最小発電出力に不足はないことから、エンジン目標出力Ｄ２４０に出力の加算は不要となる。したがって、最大値選択部（ＭＡＸ選択）３６４に負の値が入力されて、最大値選択部３６４は入力値とゼロ値３６３とを比較しが結果、最大値であるゼロを選択し、これを出力する。

エンジン目標出力・目標マッチング回転速度変換テーブル２６０は、図５に示すエンジン目標出力演算ブロック１４０が求めたエンジン目標出力Ｄ２４０の入力を受けて、エンジン目標出力Ｄ２４０とマッチングルートＭＬとのマッチング点ＭＰ１での目標マッチング回転速度ｎｐ１を求め、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２６１に出力する。

図１０に示したマッチング最小回転速度演算ブロック１５０の演算によれば、エンジン１７の回転速度ｎの変動幅を小さくする場合、マッチング最小回転速度Ｄ１５０が、エンジン目標出力・目標マッチング回転速度変換テーブル２６０から求めたマッチング回転数よりも大きくなる。このため、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２６１は、マッチング最小回転速度Ｄ１５０と、エンジン目標出力Ｄ２４０から求められた目標マッチング回転速度ｎｐ１とを比較する。そして、最大値選択部２６１は、最大値を選択し目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値とすることで、目標マッチング回転速度ｎｐ１の下限を制限している。図３に示す例において、低速オフセット回転数を小とすれば、マッチングルートＭＬを外れるが、目標マッチング点はＭＰ１ではなくＭＰ３となって、目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、ｎｐ１ではなくｎｐ１’となる。

また、図５及び図６に示す無負荷最大回転速度演算ブロック１１０が求めた無負荷最大回転速度Ｄ２１０と同様に、目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、スロットル設定値Ｄ１０２によっても上限が制限される。目標マッチング回転速度演算ブロック１６０は、スロットルダイヤル・目標マッチング回転速度変換テーブル２６２を用いて、スロットル設定値Ｄ１０２を目標マッチング回転速度の候補値に変換する。スロットルダイヤル・目標マッチング回転速度変換テーブル２６２は、目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値を最小値選択部（ＭＩＮ選択）２６３に出力する。

最小値選択部２６３は、スロットルダイヤル・目標マッチング回転速度変換テーブル２６２から出力された目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値と、最大値選択部２６１で選択された目標マッチング回転速度Ｄ２６０の候補値とを比較する。比較の結果、最小値選択部２６３は、両者のうち最小値を選択し、最終的な目標マッチング回転速度Ｄ２６０として出力する。本実施形態において、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１２は、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の制御フローを示す図である。図１２に示すように、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の平均部２７０は、２つの油圧ポンプ１８の斜板角センサ１８ａが検出した斜板角に基づいて求められたＲポンプ容量Ｄ１１０、Ｆポンプ圧力Ｄ１１１を用いて、Ｒポンプ容量Ｄ１１０、Ｆポンプ容量Ｄ１１１を平均した平均ポンプ容量を算出する。エンジン回転速度指令選択ブロック２７２は、平均部２７０が算出した平均ポンプ容量の大きさに応じて、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を求める。

この場合、エンジン回転速度指令選択ブロック２７２は、平均ポンプ容量が、ある設定値（閾値）よりも大きな場合は、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を無負荷最大回転速度ｎｐ２（Ｄ２１０）に近づけるようにする。つまり、エンジン１７の回転速度ｎを増大させる。一方、エンジン回転速度指令選択ブロック２７２は、平均ポンプ容量が、ある設定値よりも小さい場合は、無負荷最小回転速度ｎｍ１に近づけるよう、つまりエンジン１７の回転速度ｎを減少させる。

目標マッチング回転速度ｎｐ１（Ｄ２６０）とマッチング点ＭＰ１との交点から、マッチング点ＭＰ１を通る可変回転速度制限線ＶＬ２’’に沿って、トルクＴが０、すなわち横軸に向かって下ろした位置に相当するエンジン１７の回転速度を無負荷回転速度ｎｐ１ａとする。無負荷回転速度ｎｐ１ａに下限回転速度オフセット値Δｎｍを加えた値を、無負荷最小回転速度ｎｍ１とする。なお、目標マッチング回転速度Ｄ２６０に対応する無負荷回転速度ｎｐ１ａへの変換は、例えば、マッチング回転速度・無負荷回転速度変換テーブル２７１が行う。このように、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０は、ポンプ容量の状態によって、無負荷最小回転速度ｎｍ１と無負荷最大回転速度ｎｐ２との間で決まる。下限回転速度オフセット値Δｎｍは、予め設定された値であって、例えば、ポンプコントローラ３３の記憶装置に記憶されている。

具体的に説明すると、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０は、平均ポンプ容量が、ある設定値ｑ＿ｃｏｍ１よりも大きい場合には、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を無負荷最大回転速度ｎｐ２に近づけるようにする。また、平均ポンプ容量が、ある設定値ｑ＿ｃｏｍ１よりも小さい場合には、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０は、式（４）を用いて、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０を求める
エンジン回転速度指令値Ｄ２７０＝目標マッチング回転速度ｎｐ１を無負荷回転速度ｎｐ１ａに変換した回転速度＋下限回転速度オフセット値Δｎｍ・・・（４）

エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０は、このようにして求められたエンジン回転速度指令値Ｄ２７０を用いて、可変回転速度制限線ＶＬ２を生成することができる。その結果、機関制御装置は、ポンプ容量に余裕がある場合（平均ポンプ容量がある設定値より小の場合）には、図３に示すように、エンジン１７の回転速度ｎを低下させる、すなわち、エンジン１７の回転速度を無負荷最小回転速度ｎｍ１にすることが可能になり、燃料消費を抑えて燃費向上が可能になる。設定値ｑ＿ｃｏｍ１は、予め設定された値であって、ポンプコントローラ３３のメモリに記憶されている。なお、設定値ｑ＿ｃｏｍ１は、エンジン１７の回転速度ｎが増加する側とエンジン１７の回転速度ｎが減少する側とに分けて２つの異なる設定値を設け、エンジン１７の回転速度が変化しない範囲を設けるようにしてもよい。本実施形態において、エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。

図１３は、ポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０の制御フローを示す図である。図１４は、トルク線図の一例を示す図である。本実施形態において、ポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０の機能は、ポンプコントローラ３３が実現する。ポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０は、現在のエンジン回転速度Ｄ１０７と、エンジン目標出力Ｄ２４０と、目標マッチング回転速度Ｄ２６０とを用いて、ポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０を求める。ファン馬力演算ブロック２８０は、エンジン回転速度Ｄ１０７を用いてファン馬力を演算する。なお、ファン馬力は、先に述べた式（４）を用いて求められる。

ポンプ吸収トルク指令値を求める場合、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２は、エンジン目標出力Ｄ２４０からファン馬力のみでなく、発電機出力Ｄ３０３を減算した出力（ポンプ目標吸収馬力）を用いる。要求される発電機出力Ｄ３０３の値は負である。このため、最小値選択部（ＭＩＮ選択）３８１でゼロ値３８０との比較で最小値が選択されて、選択された最小値が演算部２８１によってエンジン目標出力Ｄ２４０に加算されるということは、実質的に、エンジン目標出力Ｄ２４０から発電機出力Ｄ３０３が減算されることになる。

発電オフの場合は、図１４に示すように、発電オフの場合におけるエンジン目標出力Ｄ２４０を示す第３等スロットル線ＥＬ３ｇと目標マッチングルートＭＬとの交点が目標マッチング点Ｍａとなる。発電オフの場合、前述した目標マッチング回転速度演算ブロック１６０によって演算された目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、目標マッチング点Ｍａであるときの回転速度ｎｐａとなる。

発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍで発電する場合、最小発電出力Ｐｍを満たすためのエンジン目標出力Ｄ２４０は、第３等スロットル線ＥＬ３ｈとなる。この場合、第３等スロットル線ＥＬ３ｈと目標マッチングルートＭＬとの交点が目標マッチング点Ｍｂとなる。発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍで発電する場合、前述した目標マッチング回転速度演算ブロック１６０によって演算された目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、目標マッチング点Ｍａであるときの回転速度ｎｐａ’となる。

図１２に示したエンジン制御を実行しない場合、最小発電出力Ｐｍ未満の発電では実際の発電出力が小さい。このため、発電電動機１９の発電のオン／オフによって目標マッチング点はＭａとＭｂとの間を頻繁に移行するので、目標マッチング回転速度Ｄ２６０も頻繁に変化する。本実施形態では、発電電動機１９が最小発電出力Ｐｍ未満で発電する場合、発電オフの際は予め目標マッチング回転速度をｎｐａ’にしている。このため、発電電動機１９の発電のオン／オフによって目標マッチング回転速度Ｄ２６０は変動しない。そして、発電オフ時の目標マッチング点は、第３等スロットル線ＥＬ３ｇと目標マッチング回転速度ｎｐａ’との交点Ｍａ’となる。

したがって、図１２に示したエンジン制御を実行しない場合、発電機出力Ｄ３０３の増大とともに、マッチング点がＭａ→Ｍｂ→Ｍｃのように移行してしまうが、本実施形態では、発電機出力Ｄ３０３の増大とともに、マッチング点はＭａ’→Ｍｂ→Ｍｃのように移行する。

減算部２８１は、エンジン目標出力演算ブロック１４０が求めたエンジン目標出力Ｄ２４０に最小値選択部３８１の出力値を加算した値から、ファン馬力を減算した出力（ポンプ目標吸収馬力）を求める。そして、減算部２８１は、求めた値を、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２に入力する。この目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２には、さらに、目標マッチング回転速度演算ブロック１６０で求められた目標マッチング回転速度Ｄ２６０が入力される。目標マッチング回転速度Ｄ２６０は、油圧ポンプ１８の目標マッチング回転速度（ポンプ目標マッチング回転速度）とされる。そして、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２は、式（５）に示すポンプ目標マッチングトルクを演算する。ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２が演算したポンプ目標マッチングトルクは、ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３に出力される。
ポンプ目標マッチングトルク＝（６０×１０００×（エンジン目標出力−ファン馬力））／（２π×目標マッチング回転速度）・・・（５）

ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３には、ポンプ目標マッチング回転速度及びトルク演算ブロック２８２から出力されたポンプ目標マッチングトルクと、図２に示す回転速度検出センサ１７Ｃが検出したエンジン回転速度Ｄ１０７と、目標マッチング回転速度Ｄ２６０とが入力される。ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３は、式（６）に示すポンプ吸収トルクを演算する。式（６）中のＫｐは、制御ゲインである。ポンプ吸収トルク演算ブロック２８３は、演算結果であるポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０を出力する。
ポンプ吸収トルク＝ポンプ目標マッチングトルク−Ｋｐ×（目標マッチング回転速度−エンジン回転数）・・・（６）

このような制御フローにより、現在のエンジン回転速度Ｄ１０７が目標マッチング回転速度Ｄ２６０に比して大きい場合には、上記の式から分かるように、ポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０は増加する。現在のエンジン回転速度Ｄ１０７が目標マッチング回転速度Ｄ２６０に比して小さい場合には、ポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０は減少する。一方、エンジン１７の出力は、エンジン目標出力Ｄ２４０が上限となるように制御されるため、結果としてエンジン１７の回転速度ｎは、目標マッチング回転速度Ｄ２６０近傍の回転数で安定することになる。

エンジン回転速度指令値演算ブロック１７０では、エンジン回転速度指令値Ｄ２７０の最小値は、前述したように、式（３）で求めることができる。目標マッチング回転速度Ｄ２６０に対して可変回転速度制限線ＶＬ２は、最低でも下限回転速度オフセット値Δｎｍが加算された高い回転速度に設定される。このため、本実施形態によれば、油圧ポンプ１８の実際の吸収トルク（ポンプ実吸収トルク）がポンプ吸収トルク指令に対して多少ばらついた場合でも、可変回転速度制限線ＶＬ２にはかからない範囲でマッチングすることになる。また、本実施形態は、第３等スロットル線ＥＬ３上にエンジン１７の出力を一定に制御しているため、エンジン１７のマッチング回転速度が多少変動した場合又は実際の吸収トルク（ポンプ実吸収トルク）がポンプ吸収トルク指令に対してばらつきを生じた場合であっても、エンジン１７の出力の変動を小さくすることができる。この結果、燃費のばらつきも小さく抑えることができ、油圧ショベル１の燃費に対する仕様を満たすことができる。燃費に対する仕様とは、例えば、従来の油圧ショベルに比べて、燃費を１０％低減可能といった仕様である。

以上、本実施形態は、第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び両者を補間して得られる第３等スロットル線ＥＬ３の情報と、スロットルの指示値とに基づいて、エンジン１７の運転状態を制御する。このため、本実施形態は、比較的簡易に生成できるスロットルの指示値を用いてエンジン１７の運転状態を制御できるので、エンジン１７の運転状態を制御する際の自由度及び汎用性が向上する。

以上説明したように、本実施形態は、作業機械としての油圧ショベル１に搭載されるエンジン１７を制御するにあたって、燃料調整ダイヤルによる指令値又はこれと同種類の指令値をエンジンコントローラ３０に与えてエンジン１７を制御できるようにすることができる。また、本実施形態は、油圧ショベル１に搭載されるエンジンに対する新たな制御装置及び制御方法を提案することができる。

本実施形態に係るエンジン１７の制御は、スロットルの設定値（指令値）のみによってエンジン１７の運転状態を制御できる。したがって、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、ポンプコントローラ３３又は他の制御装置を用いなくても、スロットルの設定値のみを生成することによってエンジン１７を制御できるので、エンジン１７の運転状態を制御する際の自由度及び汎用性が向上する。スロットルの設定値は、０％から１００％の間における百分率で表されるため、比較的簡単に生成される。このため、スロットルの設定値を用いることによって、比較的簡単にエンジン１７を制御できる。

本実施形態において、第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の出力が一定となるように定められた等馬力線であり、定格出力となる回転速度における出力が、定格出力よりも大きくなるように定められる。第２等スロットル線ＥＬ２は、エンジン１７の摩擦トルクＴｆに基づき、エンジン１７の回転速度ｎが増加するにしたがって、トルクＴが一次関数にしたがって減少するように定められる。第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２とを補間して得られる。このようにすることで、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係を前述した関係とすることができる。

本実施形態に係るエンジン１７の制御では、マッチングルートＭＬで等馬力線ＥＰと第３等スロットル線ＥＬ３とを一致させている。また、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが大きい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、第３等スロットル線ＥＬ３の方が等馬力線ＥＰよりも大きくしている。さらに、マッチングルートＭＬよりもエンジン１７の回転速度ｎが小さい場合には、同じ回転速度ｎで比較すると、等馬力線ＥＰの方が第３等スロットル線ＥＬ３よりも大きくしている。本実施形態に係るエンジン１７の制御では、第３等スロットル線ＥＬ３と等馬力線ＥＰとの関係をこのような関係としている。その結果、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、作業機３に対する負荷が低下した後に油圧ポンプ１８の流量が必要である場合は、作動油の流量を確保しつつ、エンジン１７の燃費を向上させることができる。また、作動油に高い圧力が求められる場合、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、等馬力線ＥＰｄよりもこれに対応する第３等スロットル線ＥＬ３ｄを用いるので、エンジン１７はより大きなトルクＴを発生できる。

可変回転速度制限線ＶＬ２は、傾きｈ１を有しているため、第３等スロットル線ＥＬ３とのマッチングを取りやすいという利点がある。

本実施形態に係るエンジン１７の制御において、第１等スロットル線ＥＬ１は、エンジン１７の各回転速度ｎにおいて、エンジン１７の最大トルク線ＴＬよりもトルクＴが高くなっている。このようにすることで、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、他の制御装置との間で通信の遅れが発生したり、エンジン１７の使用環境が変動したりした場合に、エンジン１７の出力が最大トルク線ＴＬで規定される値を超える可能性を低減することができる。その結果、エンジン１７は、過負荷で使用される可能性が低減される。

本実施形態に係るエンジン１７の制御を実行する場合、エンジン１７の回転速度を素早く増加させる必要がある。エンジン１７の目標マッチング回転速度Ｄ２６０と実際のエンジンの回転速度ｎとの偏差が大きい場合、エンジン１７の回転速度ｎを増速する必要がある。本実施形態において、エンジン１７は、出力シャフトに発電電動機１９が連結されているため、発電電動機１９を力行させることにより、エンジン１７の回転速度ｎを増速することができる。その結果、油圧ショベルの作業性を確保することができる。このように、本実施形態に係るエンジン１７の制御は、ハイブリッド方式の作業機械に好適である。

本実施形態においては、エンジン１７を備えた油圧ショベル１を作業車両の例としたが、本実施形態が適用できる作業車両はこれに限定されない。例えば、作業車両は、ホイールローダ、ブルドーザ及びダンプトラック等であってもよい。作業機械が搭載するエンジンの種類も限定されない。また、作業機械は、ハイブリッド方式でなくてもよい。

以上、本実施形態を説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 油圧ショベル
１ＰＳ 駆動システム
２ 車両本体
３ 作業機
４ 下部走行体
５ 上部旋回体
１４ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
１５ アームシリンダ（油圧シリンダ）
１６ バケットシリンダ（油圧シリンダ）
１７ エンジン
１７Ｓ 回転速度検出センサ
１８ 油圧ポンプ
１８ａ 斜板角センサ
２０ コントロールバルブ
２０ａ ポンプ圧検出部
２７ レバー操作量検出部
２７Ｓ 圧力センサ
２８ スロットルダイヤル
３０ エンジンコントローラ
３１ 旋回油圧モータ
３２ コモンレール制御部
３３ ポンプコントローラ
ＥＬ１ 第１等スロットル線
ＥＬ２ 第２等スロットル線
ＥＬ３ 第３等スロットル線
ＥＰ 等馬力線
ＭＬ マッチングルート

Claims (11)

1. 作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、
   前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、
   前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、
   前記第１の関係と前記第２の関係とから得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、
   
   を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置。
2. 請求項１において、前記内燃機関の制御装置は、
   前記内燃機関の出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係と、に一致する前記第３の関係を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置。
3. 請求項２において、前記内燃機関の制御装置は、
   前記第３の関係と前記第５の関係とが一致するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項において、前記内燃機関の制御装置は、
   さらに、前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第６の関係を用いて、前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を制御する、内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載において、
   前記第６の関係は、前記回転速度の増加とともに、前記トルクが小さくなる関係である、内燃機関の制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項において、
   前記第１の関係は、前記内燃機関が実際に出力できる上限値よりも大きい出力となるように定められる、内燃機関の制御装置。
7. 内燃機関と、
   前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、
   前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、
   前記第１の関係と前記第２の関係とから得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、
   を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関の制御装置と、
   を含み、
   前記制御装置は、
   前記内燃機関の出力の指令値に対応する出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係と、に一致する前記第３の関係を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御し、
   さらに、前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第６の関係を用いて、前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を制御する、作業機械。
8. 前記内燃機関と、
   前記内燃機関によって駆動される発電電動機と、
   電力を蓄える蓄電装置と、
   前記発電電動機が発電した電力又は前記蓄電装置から放電される電力が供給されて駆動する電動機と、
   を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の作業機械。
9. 作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、
   前記作業機械の運転状態を検出し、
   検出した前記運転状態を基に、
   前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第１の関係と、
   前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が０である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が０を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第２の関係と、
   前記第１の関係と前記第２の関係とから得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第３の関係と、を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御方法。
10. 請求項９において、
    前記内燃機関の運転状態を制御する場合、
    前記内燃機関の出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第４の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第５の関係とに一致する前記第３の関係を、前記第４の関係に対応する出力を前記内燃機関に発生させるために用いる、内燃機関の制御方法。
11. 請求項１０において、
    前記内燃機関の運転状態を制御する場合、
    前記第３の関係と前記第５の関係とが一致するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御方法。

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